Estudio del efecto de la melatonina en el metabolismo de las células de cáncer de cabeza y cuello hnsccpapel de la estructura y de la función mitocondrial

Resumen

La reprogramación metabólica es característica de las células tumorales para adaptarse rápidamente al microambiente hipóxico y es crucial para el crecimiento tumoral y la metástasis. Esta reprogramación metabólica es, asimismo, reconocida como uno de los principales mecanismos subyacentes a la resistencia terapéutica. La mitocondria, que está directamente involucrada en la reprogramación metabólica, es usada como diana terapéutica para el diseño de nuevos agentes antitumorales. A pesar de ser el principal lugar de acción de la melatonina, el papel de esta molécula en la mitocondria de la célula tumoral sigue sin estar claro. El objetivo principal de este estudio es analizar el efecto y el mecanismo de acción de la melatonina en la reprogramación metabólica de las células de carcinoma de células escamosas de cabeza y cuello (HNSCC). Analizamos los efectos de la melatonina en las líneas celulares HNSCC, Cal-27 y SCC-9. Las células se trataron con 100, 500 y 1500 μM de melatonina durante 1, 3 y 5 días. También estudiamos el efecto de la melatonina en ratones nude atímicos con xenoinjertos de células Cal-27. Se llevó a cabo un estudio de metabolómica, así como un análisis de la respiración mitocondrial y de la capacidad glucolítica. Además, se analizó la expresión de los complejos de la cadena de transporte electrónico y la fosforilación oxidativa (OXPHOS) mediante western blot, la morfología mitocondrial mediante microscopía electrónica de transmisión, el contenido de ADN mitocondrial por RT-qPCR y la masa mitocondrial usando la sonda NAO mediante fluorimetría. Asimismo, se estudiaron la dinámica mitocondrial, la mitofagia y la apoptosis mediante western blot, además de evaluar la proliferación celular con un ensayo de MTT y el ciclo celular mediante citometría de flujo. También se cuantificó la producción de ROS mediante fluorimetría y la actividad de la enzima antioxidante SOD mediante método espectrofotométrico. Por otro lado, analizamos la expresión de los receptores de melatonina mediante western blot. Demostramos que la melatonina produce un cambio en el metabolismo de la célula tumoral y que dicho cambio está relacionado con su acción a nivel mitocondrial. La melatonina activa el metabolismo mitocondrial aeróbico induciendo cambios tanto a nivel morfológico como en la dinámica mitocondrial. Hemos comprobado que la melatonina aumenta OXPHOS e inhibe la glucólisis en las células HNSCC, resultando en un aumento de la producción de ROS y, en consecuencia, de apoptosis y de mitofagia, al mismo tiempo que disminuye la proliferación celular. Además, encontramos que las altas dosis de melatonina utilizadas en este estudio modulan también los receptores de melatonina. Sin embargo, no se han observado efectos de la melatonina in vivo a la dosis de 300 mg/kg administrada por vía s.c. La cantidad de melatonina que alcanzó el tumor fue muy pequeña en comparación con la encontrada in vitro, lo que sugiere que se necesitan altas concentraciones de melatonina para modificar el metabolismo de la célula tumoral y ejercer efectos oncostáticos. Nuestros resultados destacan nuevas vías moleculares involucradas en la actividad oncostática de la melatonina, sugiriendo que podría actuar como un agente adyuvante en una terapia potencial para pacientes con cáncer.