Mecanismos de acción de isoprenoides naturales y su combinación con estatinas sobre la proliferación y el metabolismo lipídico en distintos modelos celulares

En el presente trabajo se evaluó la capacidad antiproliferativa, anticolesterogénica y los efectos sobre el metabolismo lipídico de dos isoprenoides de 10 carbonos, linalool (monoterpeno alcohol lineal) y 1,8-cineole (monoterpeno cíclico con grupo éter), sobre células HepG2 (procedentes de un hepatocarcinoma humano) como modelo de célula hepática y A549 (provenientes de adenocarcinoma de pulmón humano) como tipo celular extra-hepático. Se analizaron los mecanismos de acción involucrados y los efectos del tratamiento combinado de ambos monoterpenos entre sí o de cada monoterpeno con simvastatina (una estatina modelo) evaluando los posibles efectos sinérgicos de cada interacción. La actividad de los isoprenoides naturales sobre la colesterogénesis y proliferación celular se concentra en la vía del mevalonato (VM), una vía metabólica muy compleja indispensable para la homeostasis celular. Esto se debe a que la VM no solo es la vía de síntesis del colesterol, sino que además provee intermediarios fundamentales para la prenilación de proteínas de la superfamilia Ras, proteínas reguladoras de la proliferación y supervivencia celular. Durante el desarrollo de este trabajo se determinó la viabilidad y proliferación celular por los métodos de MTT, rojo neutro y recuento celular. En todos los casos, tanto los monoterpenos como la simvastatina inhibieron la proliferación celular, mientras que las combinaciones de a pares entre monoterpenos y cada uno de ellos con simvastatina mostraron un efecto sinérgico en dicha inhibición. Se estudió la distribución de las poblaciones en el ciclo celular, apoptosis por diferentes metodologías y la localización subcelular de Ras, a diferentes concentraciones. Tanto linalool como 1,8-cineole arrestaron el ciclo celular, principalmente en G0/G1 mientras que linalool también indujo apoptosis en células HepG2. Al combinar los compuestos se observó en gran parte de los casos una interacción sinérgica sobre la inducción de apoptosis. Linalool disminuyó los niveles de Ras en membrana plasmática y los aumentó en citosol, mientras que al combinase con simvastatina, la inhibición de la traslocación a membrana fue levemente potenciada. A través de experimentos de incorporación de 14C-acetato en lípidos en condiciones donde la proliferación no se encuentra afectada, se demostró que linalool y 1,8-cineole inhibieron la VM, probablemente a diferentes niveles. Esto resultó en una reducción de la colesterogénesis y una acumulación de intermediarios y/u otros productos finales de la vía. Las concentraciones efectivas en la inhibición de la síntesis de colesterol fueron considerablemente inferiores a las necesarias para ejercer efecto antiproliferativo, sobre todo para 1,8-cineole. En ciertos casos, los tratamientos aumentaron la incorporación de colesterol exógeno. Ambos monoterpenos afectaron la incorporación de acetato en lípidos neutros, fosfolípidos y ácidos grasos, cada uno de manera diferente. La combinación de ambos isoprenoides entre sí, o de cada uno con simvastatina, inhibió sinérgicamente la síntesis de colesterol. A bajas concentraciones linalool y 1,8-cineole bloquearon etapas específicas de la colesterogénesis mientras que a concentraciones elevadas provocaron una inhibición de la enzima 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA reductasa (HMGCR), enzima limitante de la velocidad de la VM. El agregado de mevalonato exógeno fue incapaz de revertir la inhibición de la proliferación promovida por ambos compuestos, lo que demuestra que la inhibición de HMGCR por sí sola no es responsable de tal efecto y refuerza la hipótesis de la inhibición a nivel de la prenilación de proteínas como principal mecanismo antiproliferativo. Los resultados obtenidos durante el desarrollo de esta tesis contribuyen a un mejor entendimiento de la acción de linalool y 1,8-cineole sobre la VM aportando conocimiento sobre los posibles mecanismos involucrados en su actividad anticolesterogénica y antiproliferativa. También sugieren el potencial uso de estos compuestos como una alternativa natural para ser utilizados en terapias contra cáncer y/o enfermedades cardiovasculares, ya sea solos, combinados entre sí o con estatinas.Facultad de Ciencias Exacta

Prodigiosin: a promising biomolecule with many potential biomedical applications

Pigments are among the most fascinating molecules found in nature and used by human civilizations since the prehistoric ages. Although most of the bio-dyes reported in the literature were discovered around the eighties, the necessity to explore novel compounds for new biological applications has made them resurface as potential alternatives. Prodigiosin (PG) is an alkaloid red bio-dye produced by diverse microorganisms and composed of a linear tripyrrole chemical structure. PG emerges as a really interesting tool since it shows a wide spectrum of biological activities, such as antibacterial, antifungal, algicidal, anti-Chagas, anti-amoebic, antimalarial, anticancer, antiparasitic, antiviral, and/or immunosuppressive. However, PG vehiculation into different delivery systems has been proposed since possesses low bioavailability because of its high hydrophobic character (XLogP3-AA = 4.5). In the present review, the general aspects of the PG correlated with synthesis, production process, and biological activities are reported. Besides, some of the most relevant PG delivery systems described in the literature, as well as novel unexplored applications to potentiate its biological activity in biomedical applications, are proposed.Fil: Islan, German Abel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Rodenak Kladniew, Boris Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Noacco, Nehuén Uriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; ArgentinaFil: Duran, Nelson. Universidade Estadual de Campinas; Brasil. Universidad Federal do Abc; BrasilFil: Castro, Guillermo Raul. Universidade Estadual de Campinas; Brasil. Universidad Federal do Abc; Brasil. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Fermentaciones Industriales; Argentin

Modulation by geraniol of gene expression involved in lipid metabolism leading to a reduction of serum-cholesterol and triglyceride levels

Background: Geraniol (G) is a natural isoprenoid present in the essential oils of several aromatic plants, with various biochemical and pharmacologic properties. Nevertheless, the mechanisms of action of G on cellular metabolism are largely unknown. Hypothesis/Purpose: We propose that G could be a potential agent for the treatment of hyperlipidemia that could contribute to the prevention of cardiovascular disease. The aim of the present study was to advance our understanding of its mechanism of action on cholesterol and TG metabolism. Study Design/Methods: NIH mice received supplemented diets containing 25, 50, and 75 mmol G/kg chow. After a 3-week treatment, serum total-cholesterol and triglyceride levels were measured by commercial kits and lipid biosynthesis determined by the [14C] acetate incorporated into fatty acids plus nonsaponifiable and total hepatic lipids of the mice. The activity of the mRNA encoding HMGCR—the rate-limiting step in cholesterol biosynthesis—along with the enzyme levels and catalysis were assessed by real-time RT-PCR, Western blotting, and HMG-CoA-conversion assays, respectively. In-silico analysis of several genes involved in lipid metabolism and regulated by G in cultured cells was also performed. Finally, the mRNA levels encoded by the genes for the low-density-lipoprotein receptor (LDLR), the sterol-regulatory-element-binding transcription factor (SREBF2), the very-low-density-lipoprotein receptor (VLDLR), and the acetyl-CoA carboxylase (ACACA) were determined by real-time RT-PCR. Results: Plasma total-cholesterol and triglyceride levels plus hepatic fatty-acid, total-lipid, and nonsaponifiable-lipid biosynthesis were significantly reduced by feeding with G. Even though an up-regulation of the mRNA encoding HMGCR occurred in the G treated mouse livers, the protein levels and specific activity of the enzyme were both inhibited. G also enhanced the mRNAs encoding the LDL and VLDL receptors and reduced ACACA mRNA, without altering the transcription of the mRNA encoding the SREBF2. Conclusions: The following mechanisms may have mediated the decrease in plasma lipids levels in mice: a down-regulation of hepatocyte-cholesterol synthesis occurred as a result of decreased HMGCR protein levels and catalytic activity; the levels of LDLR mRNA became elevated, thus suggesting an increase in the uptake of serum LDL, especially by the liver; and TG synthesis became reduced very likely because of a decrease in fatty-acid synthesis.Fil: Galle, Marianela Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; ArgentinaFil: Rodenak Kladniew, Boris Emilio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; ArgentinaFil: Castro, Maria Agustina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; ArgentinaFil: Montero Villegas, Sandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; ArgentinaFil: Lacunza, Ezequiel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigaciones Inmunológicas Básicas y Aplicadas; ArgentinaFil: Polo, Monica Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; ArgentinaFil: García de Bravo, Margarita. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; ArgentinaFil: Crespo, Rosana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentin

Inhibición de la proliferación de células tumorales humanas por agentes que afectan la vía del mevalonato: efecto sinérgico entre monoterpenos y estatinas

El objetivo del trabajo es estudiar el efecto de una estatina y monoterpenos (acíclico y cíclico) sobre la proliferación de células tumorales humanas. Analizar existencia de efecto aditivo o sinérgico entre ellos.Facultad de Ciencias Médica

Eucaliptol (1,8-cineole) inhibe la proliferación de celulas tumorales mediante arresto del ciclo celular, estrés oxidativo, activación de MAPKs e inhibición de AKT

En la actualidad, el uso biomédico de productos naturales derivados de plantas juega un rol fundamental. Muchos aceites esenciales poseen actividad farmacológica que proviene de sus constituyentes mayoritarios, entre ellos los monoterpenos. 1,8-cineole es una monoterpeno cíclico, componente mayoritario del aceite esencial de eucalipto (>90%) que ha demostrado poseer propiedades antibacteriales, antiinflamatorias y antitumorales entre otras. El efecto antitumoral de 1,8-cineole sobre células tumorales hepáticas y pulmonares fue reportado previamente por nuestro grupo, sin embargo, el conocimiento de los mecanismos de acción involucrados que permita identificar su blanco terapéutico es importante al momento de considerar un compuesto como potencial agente antitumoral y potenciar su actividad en combinación con drogas que actúen a otros niveles. Objetivos: analizar los mecanismos moleculares responsables de la actividad antitumoral de 1,8-cineole sobre células tumorales humanas, considerando su efecto sobre el ciclo celular, apoptosis, generación de especies reactivas del oxígeno (EROS) y vías de señalización MAPKs (ERK, p38) y Akt/mTOR, involucradas en la proliferación y supervivencia celular y activadas en respuesta a estrés oxidativo.Facultad de Ciencias Médica

Acción combinada de los isoprenoides naturales geraniol, linalool, limoneno y 1,8 cineol sobre la proliferación de las líneas celulares HepG2 y A549

Los monoterpenos (isoprenoides naturales) son componentes no nutritivos de la dieta presentes en aceites esenciales de frutas cítricas (limón, lima, naranja, mandarina) cereza, menta, canela, coriandro, arándano, zanahoria y otras hierbas aromáticas. Estos isoprenoides de 10 carbonos son derivados de la vía del mevalonato en plantas pero no son producidos por mamíferos ni hongos. Algunos de estos compuestos son capaces de inhibir el crecimiento de células tumorales tanto “in vitro” como “in vivo”, fenómeno que ha sido atribuido sus los múltiples efectos sobre la vía del mevalonato: inhiben la enzima HMG-CoA reductasa (enzima reguladora de la vía) a nivel postranscripcional, inhiben alguna enzima involucrada en la conversión de lanosterol a colesterol e inhiben la prenilación de proteínas.Facultad de Ciencias Médica

Eucaliptol (1,8-cineole) inhibe la proliferación de celulas tumorales mediante arresto del ciclo celular, estrés oxidativo, activación de MAPKs e inhibición de AKT

En la actualidad, el uso biomédico de productos naturales derivados de plantas juega un rol fundamental. Muchos aceites esenciales poseen actividad farmacológica que proviene de sus constituyentes mayoritarios, entre ellos los monoterpenos. 1,8-cineole es una monoterpeno cíclico, componente mayoritario del aceite esencial de eucalipto (>90%) que ha demostrado poseer propiedades antibacteriales, antiinflamatorias y antitumorales entre otras. El efecto antitumoral de 1,8-cineole sobre células tumorales hepáticas y pulmonares fue reportado previamente por nuestro grupo, sin embargo, el conocimiento de los mecanismos de acción involucrados que permita identificar su blanco terapéutico es importante al momento de considerar un compuesto como potencial agente antitumoral y potenciar su actividad en combinación con drogas que actúen a otros niveles. Objetivos: analizar los mecanismos moleculares responsables de la actividad antitumoral de 1,8-cineole sobre células tumorales humanas, considerando su efecto sobre el ciclo celular, apoptosis, generación de especies reactivas del oxígeno (EROS) y vías de señalización MAPKs (ERK, p38) y Akt/mTOR, involucradas en la proliferación y supervivencia celular y activadas en respuesta a estrés oxidativo.Facultad de Ciencias Médica

Acción combinada de los isoprenoides naturales geraniol, linalool, limoneno y 1,8 cineol sobre la proliferación de las líneas celulares HepG2 y A549

Los monoterpenos (isoprenoides naturales) son componentes no nutritivos de la dieta presentes en aceites esenciales de frutas cítricas (limón, lima, naranja, mandarina) cereza, menta, canela, coriandro, arándano, zanahoria y otras hierbas aromáticas. Estos isoprenoides de 10 carbonos son derivados de la vía del mevalonato en plantas pero no son producidos por mamíferos ni hongos. Algunos de estos compuestos son capaces de inhibir el crecimiento de células tumorales tanto “in vitro” como “in vivo”, fenómeno que ha sido atribuido sus los múltiples efectos sobre la vía del mevalonato: inhiben la enzima HMG-CoA reductasa (enzima reguladora de la vía) a nivel postranscripcional, inhiben alguna enzima involucrada en la conversión de lanosterol a colesterol e inhiben la prenilación de proteínas.Facultad de Ciencias Médica

Eucaliptol (1,8-cineole) inhibe la proliferación de celulas tumorales mediante arresto del ciclo celular, estrés oxidativo, activación de MAPKs e inhibición de AKT

En la actualidad, el uso biomédico de productos naturales derivados de plantas juega un rol fundamental. Muchos aceites esenciales poseen actividad farmacológica que proviene de sus constituyentes mayoritarios, entre ellos los monoterpenos. 1,8-cineole es una monoterpeno cíclico, componente mayoritario del aceite esencial de eucalipto (>90%) que ha demostrado poseer propiedades antibacteriales, antiinflamatorias y antitumorales entre otras. El efecto antitumoral de 1,8-cineole sobre células tumorales hepáticas y pulmonares fue reportado previamente por nuestro grupo, sin embargo, el conocimiento de los mecanismos de acción involucrados que permita identificar su blanco terapéutico es importante al momento de considerar un compuesto como potencial agente antitumoral y potenciar su actividad en combinación con drogas que actúen a otros niveles. Objetivos: analizar los mecanismos moleculares responsables de la actividad antitumoral de 1,8-cineole sobre células tumorales humanas, considerando su efecto sobre el ciclo celular, apoptosis, generación de especies reactivas del oxígeno (EROS) y vías de señalización MAPKs (ERK, p38) y Akt/mTOR, involucradas en la proliferación y supervivencia celular y activadas en respuesta a estrés oxidativo.Facultad de Ciencias Médica

Linalool induces cell cycle arrest and apoptosis in HepG2 cells through oxidative stress generation and modulation of Ras/MAPK and Akt/mTOR pathways

Aims Linalool is a plant-derived monoterpene with anticancer activity, however its mechanisms of action remain poorly understood. The aim of this work was to elucidate the anticancer mechanisms of action of linalool in hepatocellular carcinoma (HCC) HepG2 cells. Main methods Cell viability and proliferation were determined by WST-1 assay and BrdU incorporation, respectively. Cell cycle analysis was assessed through flow cytometry (FC) and western blot (WB). Apoptosis was determined by caspase-3 activity, TUNEL assay and WB. Reactive oxygen species (ROS) and mitochondrial membrane potential (MMP) were analyzed by FC and fluorescence microscopy. Expression of Ras, MAPKs (ERK, JNK and p38) and Akt/mTOR pathways were evaluated by WB. Key findings Linalool (0–2.5 mM) dose-dependently inhibited cell proliferation by inducing G0/G1 cell cycle arrest, through Cdk4 and cyclin A downregulation, p21 and p27 upregulation, and apoptosis, characterized by MMP loss, caspase-3 activation, PARP cleavage and DNA fragmentation. Low concentrations of linalool (1.0 mM) reduced membrane-bound Ras and Akt activity whereas higher amounts (2.0 mM) triggered mTOR inhibition and ROS generation, in correlation with MAPKs activation and Akt phosphorylation. ROS scavenger N-acetyl-L-cysteine partially rescued HepG2 cell growth and prevented MPP depolarization, ERK and JNK activation. Moreover, specific ERK and Akt phosphorylation inhibitors potentiated linalool anti-cancer activity, pointing Akt and ERK activation as pro-survival mechanisms in response to higher concentrations of linalool. Significance This report reveals that linalool induces G0/G1 arrest and apoptosis in HepG2 cells involving Ras, MAPKs and Akt/mTOR pathways and suggests that linalool is a promising anticancer agent for HCC therapy.Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plat