Estudio del mecanismo de acción en la interacción entre estatinas y monoterpenos en animales inmunodeficientes portadores y no portadores de tumores de origen humano

Las propiedades quimioterapéuticas e hipolipemiantes de los compuestos de origen vegetal han recibido gran atención con el objetivo de encontrar sustancias que puedan ser usadas como alternativas a las drogas convencionales. Los monoterpenos -presentes en aceites esenciales de frutas cítricas y plantas aromáticas- están siendo activamente muy estudiados debido a su bajo costo, buena biodisponibilidad y escasa toxicidad. Se demostró que muchos de ellos ejercen múltiples efectos sobre la vía del mevalonato (VM) en células de mamíferos que podrían causar los efectos terapéuticos deseados. La VM produce isoprenoides que son incorporados en diversos productos finales como colesterol, dolicol y ubiquinona o grupos prenilo utilizados por preniltransferasas para las modificaciones postraduccionales de ciertas proteínas de la superfamilia Ras y Rho, GTPasas pequeñas que regulan importantes procesos celulares, como proliferación celular, diferenciación, apoptosis y organización del citoesqueleto. Mutaciones en los genes que codifican estas proteínas forman oncogenes encontrados en una amplia variedad de tumores; por ejemplo, en un 90% de las neoplasias de páncreas, 50% de las tumoraciones de colon y tiroides y, aproximadamente, en un 30% de las leucemias mieloides y en el cáncer de pulmón. La etapa limitante de la velocidad de la VM es catalizada por la 3-hidroxi-3-metil glutaril coenzima A reductasa (HMGCR), enzima que se encuentra regulada -a nivel transcripcional, traduccional y postraduccional- a través del propio colesterol y de algunos intermediarios de la vía. La VM está presente en células de todos los tejidos estudiados y es particularmente activa en el hígado, órgano que cumple un rol central en el mantenimiento de la homeostasis del colesterol corporal. La familia de las estatinas está constituida por drogas naturales (de origen fúngico), semisintéticas (obtenidas por modificaciones de las anteriores) y sintéticas. Estos compuestos son estructuralmente similares a la mevalonolactona, característica que les posibilita actuar como inhibidores competitivos de la HMGCR. Uno de los posibles efectos de las estatinas es la modulación del crecimiento celular. Las estatinas se utilizan con éxito en el tratamiento de la hipercolesterolemia, ya que ocasionan una disminución del contenido de colesterol celular que se traduce, vía SREBPs, en un incremento del número de receptores para LDL con el concomitante aumento de la captación de LDL-colesterol del plasma. La dosis recomendada en terapias hipocolesterolemiantes en humanos es menor a 1mg/Kg/día. Pero, aún a dosis terapéuticas, las estatinas causan en ocasiones disfunción hepática, progresión de las cataratas, disfunción eréctil, miopatías, sensibilidad al tacto o debilidad con niveles elevados de creatina quinasa. Hipótesis de Trabajo - Debido a sus múltiples efectos sobre la vía del mevalonato, los monoterpenos tendrían “in vivo” efectos hipocolesterolemiantes y antitumorales - El hecho de que la inhibición de la HMGCR por los monoterpenos se produzca a través de un mecanismo diferente del empleado por las estatinas y que además afecten a la vía del mevalonato a otros niveles, sugiere la posibilidad de que el uso combinado de estatinas con monoterpenos naturales permita disminuir la dosis efectiva de estatinas en el tratamiento de hipercolesterolemias e incrementar la eficacia de ambos compuestos. Objetivos - Evaluar in vivo la actividad hipocolesterolemiante e hipolipemiante del geraniol (G) y avanzar en el conocimiento de los mecanismos de acción de este monoterpeno en el metabolismo del colesterol y los triglicéridos mediante el estudio de la expresión de genes claves como el de HMGCR, el receptor de LDL y de SREBP. De este modo, se avanzará en el conocimiento de los beneficios que aporta G en la prevención / tratamiento de enfermedades cardiovasculares. - Estudiar el efecto antitumoral de G y de las estatinas in vivo, utilizando un modelo de adenocarcinoma de pulmón humano, en células A549 implantadas en ratones atímicos, con el fin de aportar conocimientos sobre los mecanismos por los cuales podrían ejercer actividad antitumoral, como así también determinar la relación existente entre la VM y el control del crecimiento celular. - Estudiar el efecto y mecanismo de acción de la combinación de estatinas (simvastatina) con monoterpenos (G) sobre el metabolismo lipídico, la síntesis de colesterol y el crecimiento tumoral. Metodología Ensayos con Geraniol: Para los estudios in vivo se utilizaron ratones NIH nu/nu. Los animales de aproximadamente 6 semanas de edad, provistos por el Centro Atómico Ezeiza, fueron criados en nuestro bioterio en ambiente climatizado, con ciclos de luz (6 a.m. a 6 p.m.) y oscuridad (6 p.m. a 6 a.m.) controlados en forma automática. Estos fueron alimentados “ad libitum” con una dieta standard de laboratorio para roedores esterilizada con radiación gamma, permitiéndoseles libre acceso al consumo de agua esterilizada en autoclave. Los ratones se dividieron en dos grupos: animales no portadores y animales portadores de tumor, los cuales fueron implantados subcutáneamente con la línea tumoral A549. Cada grupo fue subdividido en lotes experimentales que recibieron una dieta suplementada con cantidades crecientes de geraniol (0; 25; 50; 75 mmol de geraniol/Kg dieta) durante 21 días. Durante el tratamiento el tumor fue medido dos veces por semana. Se cuantificó trigliceridemia y colesterolemia utilizando un kit enzimático, síntesis lipídica en hígado por incorporación de [14C]acetato y contenido hepático de colesterol (libre y esterificado) y de ácidos grasos por métodos bioquímicos. Se determinó HMGCR por western blot y se midió su actividad enzimática en microsomas de hígado aislados. Se establecieron los niveles de ARNm de HMGCR, del receptor de LDL y del factor de transcripción SREBP-2 por RT-PCR a partir de ARN hepático aislado. Se determinaron los niveles de apoptosis tumoral por el método de TUNEL y midiendo la actividad de caspasa-3 y se cuantificó Ras en homogenado y en membrana del tumor. Ensayos con Simvastatina: Se utilizaron ratones NIH hembras portadoras del genotipo nu/nu. Los animales de aproximadamente 6 semanas de edad, provistos por el Centro Atómico Ezeiza, fueron criados en nuestro bioterio como se detalla anteriormente. Luego de ser implantados subcutáneamente con la línea tumoral A549 se dividieron en dos grupos, control y experimental, al que se le suplementó la dieta con Simvastatina (0.5mM) en el agua de bebida. El tratamiento se prolongó por 3 semanas. Dos veces por semana se midió el crecimiento relativo del tumor, en los diferentes lotes de animales, utilizando un calibre. Luego de finalizado el tratamiento los ratones fueron sacrificados y se obtuvieron los tumores y los hígados de los mismos. Se determinó el porcentaje de células apoptóticas en los tumores obtenidos al momento del sacrificio de los animales y se cuantificó la proteína Ras en homogenado y en membrana plasmática del tumor. Aquí también se determinó síntesis lipídica hepática y contenido de colesterol (libre y esterificado) y de ácidos grasos en hígado. Ensayos con Geraniol y Simvastatina: animales portadores de tumor subcutáneo de células A549, se separaron en cuatro grupos: un grupo control y tres grupos experimentales; un grupo tratado con G (50 mmol / Kg de dieta) adicionado al alimento, otro con S (50 mg / Kg peso / día) suministrada en el agua de bebida y un grupo con la combinación de ambos compuestos a las concentraciones previamente mencionadas (G + S). El tratamiento se realizó durante tres semanas, en las cuales se monitoreó el crecimiento de los tumores y se controló asimismo el peso, el consumo de alimento y de agua de los animales. A las 3 semanas de tratamiento los animales fueron sacrificados por dislocación cervical y se obtuvieron muestras de suero, hígado y tumor. Se midió apoptosis tumoral y los niveles de Ras total y Ras anclada a membrana plasmática de las células tumorales. Se determinó colesterol plasmático, hepático y tumoral, incorporación en hígado y en tumor de [14C]acetato en lípidos totales, lípidos insaponificables y ácidos grasos. Resultados y Conclusiones - Hemos demostrado que el geraniol tiene efectos hipolipemiantes y antitumorales “in vivo” en ratones nude con dosis que no presentan toxicidad. - Se avanzó en el conocimiento de los mecanismos de acción de este monoterpeno sobre la vía del mevalonato debido a que hemos demostrado: - Inhibición de la HMGCR a nivel postranscripcional, con una disminución de la cantidad y actividad de la enzima. Como consecuencia de ello disminuye la colesterogénesis en hígado y en tumor y aumenta la expresión del receptor de LDL hepático como mecanismo compensatorio al descenso del colesterol intracelular. - Inhibición de la cantidad de proteína Ras unida a membranas sin modificación de los niveles totales de la misma. Estos resultados sugieren una disminución de la prenilación por limitación en la disponibilidad de precursores o bien por inhibición directa de las preniltranferasas. - Se demostró una disminución de la síntesis de ácidos grasos que sugiere un posible mecanismo responsable del efecto hipolipemiante ejercido por el geraniol. - Se demostró un efecto proapoptótico y antiproliferativo del geraniol. A partir de nuestros resultados se sugiere que estos efectos se deberían a la limitación en la disponibilidad de lípidos esenciales para el crecimiento tumoral. - La administración combinada de geraniol y simvastatina inhibió significativamente el crecimiento e indujo la apostosis tumoral, y demostró tener un efecto sinérgico sobre la inhibición de la síntesis de lípidos tanto hepáticos como tumorales. Esto reforzaría la hipótesis de la acción inhibitoria del geraniol en distintos puntos de vías del metabolismo lipídico. Consideramos que la labor desarrollada en el presente trabajo colabora con una mejor comprensión de la acción de un componente muy frecuente en los aceites esenciales sobre una compleja vía metabólica, con el objetivo de mejorar el diseño de estrategias terapéuticas que incluyan el uso de compuestos naturales de manera individual o en combinación con drogas sintéticas para la lucha contra el cáncer y enfermedades asociadas a dislipemias.Facultad de Ciencias Médica

Estudio <i>in vivo</i> del efecto del geraniol sobre el metabolismo lipídico y el crecimiento tumoral en ratones atímicos

Nuestro objetivo general consiste en analizar la utilidad del geraniol en el tratamiento de hipercolesterolemia y prevención y tratamiento del cáncer, estudiando in vivo el efecto y el mecanismo de acción de este monoterpeno sobre la colesterogénesis y el crecimiento tumoral.Facultad de Ciencias Médica

Atividade antiproliferativa e anticolesterogênica de estatinas e monoterpenos

Las estatinas son inhibidores competitivos de la HMG-CoA reductasa ampliamente usados en los tratamiento contra las hipercolesterolemias. Los monoterpenos son componentes no nutritivos de la dieta presentes en aceites esenciales de varias plantas que han demostrado tener múltiples efectos en la vía del mevalonato. Se estudia el efecto y mecanismo de acción de monoterpenos presentes en aceites esenciales, así como la combinación de éstos entre sí y con simvastatina sobre la síntesis de colesterol, el metabolismo lipídico y la proliferación celular "in vitro" en células hepáticas Hep G2 y no hepáticas A549, e "in vivo" en ratones atímicos huéspedes y no huéspedes de tumores derivado de células A549 implantados en ellos. Se abre así una gran expectativa sobre la potencialidad de la administración conjunta de distintos monoterpenos y de extractos naturales de aceites esenciales en el mejoramiento de las terapias antihipercolesterolemiantes y/o el tratamiento del cáncer, como así también en el potencial sinergismo con estatinas como una alternativa para disminuir las dosis efectivas y los efectos indeseados y/o tóxicos.Statins are competitive inhibitors of HMG-CoA reductase used in hypercholesterolemic patients. Monoterpenes are non-nutritive dietary components found in the essential oils of many plants with pharmacologic effects on mevalonate metabolism. The study is centered on the effects and action mechanisms of the monoterpene components of essential oils and the combination of monoterpenes between them and combined with simvastatin on cholesterogenesis, lipid metabolism and cellular proliferation in vitro using two established cell lines, Hep G2 (derived from a human hepatoblastoma), A549 (derived from a human lung adenocarcinoma) and in vivo in no host and host nude mice carrying implanted tumors derived from A549. This opens up great expectations about the potential of co-administration of different natural isoprenoids and essential oils in improving anti-cholesterolemic therapies and/or cancer treatment as well as in the potential synergism with statins as an alternative to lower effective doses, decreasing the likelihood of undesired and/or toxic effects.As estatinas são inibidores competitivos da 3-hidroxi-3-metilglutaril - coenzima A (HMG-CoA) reductase amplamente utilizados nos tratamentos contra as hipercolesterolemias. Os monoterpenos são componentes não nutritivos da dieta encontrados em óleos essenciais de várias plantas que demonstraram ter múltiplos efeitos na via do mevalonato. Estudamos o efeito e o mecanismo de ação de monoterpenos encontrados em óleos essenciais, bem como a combinação deles entre si e com sinvastatina sobre a síntese de colesterol, o metabolismo lipídico e a proliferação celular in vitro em células hepáticas Hep G2 e não hepáticas A549 e in vivo em camundongos atímicos hospedeiros ou não hospedeiros de tumores derivados de células A549 implantadas neles. Isto abre grandes expectativas sobre o potencial da co-administração de diferentes monoterpenos e de extratos naturais de óleos essenciais na melhoria das terapias anti-hipercolesterolemiantes e/ou tratamento do câncer, assim como no potencial sinergismo com estatinas como uma alternativa para reduzir as doses efetivas e os efeitos indesejáveis e/ou tóxicos.Fil: Polo, Monica Patricia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;Fil: Crespo, Rosana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;Fil: Galle, Marianela Edith. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;Fil: Rodenak Kladniev, Boris. Universidad de Costa Rica; Costa Rica;Fil: Montero Villegas, Sandra. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;Fil: Garcia, Margarita Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina

Efecto antiproliferativo y proapoptótico de las estaninas en tumores subcutáneos de A549 implantados en ratones nude

La familia de las estatinas está constituida por drogas naturales (de origen fúngico), semisintéticas (obtenidas por modificaciones de las anteriores) y sintéticas. Estos compuestos son estructuralmente similares a la mevalonolactona, característica que les posibilita actuar como inhibidores competitivos de la 3-hidroxi-3-metil glutaril CoA reductasa. Esta enzima cataliza la conversión de HMG-CoA en mevalonato y constituye el punto clave en la regulación de la velocidad de la llamada vía del mevalonato Esta es una ruta metabólica muy ramificada donde, además de colesterol (producto final mayoritario), se generan otros productos finales que desempeñan importantes funciones en la célula como dolicol (participa en la glicosilación de proteínas), ubiquinona (constituyente de la cadena transportadora de electrones de mitocondrias) y grupos isopreno de proteínas isopreniladas (involucradas en vías de transducción de señales relacionadas con la proliferación celular). Uno de los posibles efectos de las estatinas es la modulación del crecimiento celular. Las proteínas Ras y Rho, para las cuales la prenilación es indispensable para su actividad, regulan señales de traducción que se encargan de la transcripción de genes involucrados en la proliferación y diferenciación celular, así como en la apoptosis. Mutaciones en los genes que codifican por estas proteínas forman oncogenes encontrados en una amplia variedad de tumores; por ejemplo, en un 90% de las neoplasias de páncreas, 50% de las tumoraciones de colon y tiroides y, aproximadamente, en un 30% de las leucemias mieloides y en el cáncer de pulmón.Facultad de Ciencias Médica

Acción de fitoquímicos sobre la vía del mevalonato y la síntesis de fosfolípidos en células tumorales humanas : Su incidencia en la proliferación celular y apoptosis

Los monoterpenos (Mts) son fitoquímicos presentes en aceites esenciales (AE) de frutos y plantas aromáticas utilizados en medicina tradicional (antiespasmódico, antioxidante, antimicrobiano) y en la industria de cosmética y perfumería. Se ha reportado que inhiben la proliferación de células tumorales tanto in vitro como in vivo e inducen apoptosis, aunque los mecanismos moleculares responsables de cada uno de estos efectos aún no han sido dilucidados. La vía del mevalonato (VM) es una vía metabólica con multiplicidad de metabolitos producidos (colesterol, grupos prenilos de GTPasas, ubiquinona) que se sugieren estar relacionados con la proliferación celular, así como la fosfatidilcolina con la apoptosis. Nuestro objetivo es analizar in vitro el mecanismo de acción de Mts sobre dos vías metabólicas lipídicas involucradas en la regulación de la proliferación celular y la apoptosis.Facultad de Ciencias Médica

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.Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataCentro de Investigaciones Inmunológicas Básicas y Aplicada

Acción de fitoquímicos sobre la vía del mevalonato y la síntesis de fosfolípidos en células tumorales humanas : Su incidencia en la proliferación celular y apoptosis

Los monoterpenos (Mts) son fitoquímicos presentes en aceites esenciales (AE) de frutos y plantas aromáticas utilizados en medicina tradicional (antiespasmódico, antioxidante, antimicrobiano) y en la industria de cosmética y perfumería. Se ha reportado que inhiben la proliferación de células tumorales tanto in vitro como in vivo e inducen apoptosis, aunque los mecanismos moleculares responsables de cada uno de estos efectos aún no han sido dilucidados. La vía del mevalonato (VM) es una vía metabólica con multiplicidad de metabolitos producidos (colesterol, grupos prenilos de GTPasas, ubiquinona) que se sugieren estar relacionados con la proliferación celular, así como la fosfatidilcolina con la apoptosis. Nuestro objetivo es analizar in vitro el mecanismo de acción de Mts sobre dos vías metabólicas lipídicas involucradas en la regulación de la proliferación celular y la apoptosis.Facultad de Ciencias Médica

Geraniol: aportes para el tratamiento de hipercolesterolemia y cáncer basado en nutrigenómica

Las propiedades quimioterapéuticas e hipolipemiantes de los compuestos de origen vegetal han recibido gran atención con el objetivo de encontrar sustancias que puedan ser usadas como alternativas a las drogas convencionales. Los monoterpenos -presentes en aceites esenciales de frutas cítricas y plantas aromáticas- están siendo activamente muy estudiados debido a su bajo costo, buena biodisponibilidad y escasa toxicidad. Se demostró que muchos de ellos ejercen múltiples efectos sobre la vía del mevalonato (VM) en células de mamíferos que podrían causar los efectos terapéuticos deseados.Facultad de Ciencias Médica

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.Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La PlataCentro de Investigaciones Inmunológicas Básicas y Aplicada