Interacción de los sistemas endotelina-1 y hemo oxigenasa-1 en el cáncer colorrectal y su relación con la progresión de la enfermedad

  1. Szuba, Agata
Dirigida por:
  1. María José León López Director/a
  2. Javier Salmerón Escobar Codirector
  3. Cristina González Puga Codirectora

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Fecha de defensa: 09 de octubre de 2021

Tribunal:
  1. Juan Antonio Marchal Corrales Presidente
  2. Maria Isabel Rodriguez Lara Secretaria
  3. Marisol Zurita Saavedra Vocal
  4. José Carlos Jiménez López Vocal
  5. Alejandro José Pérez Alonso Vocal
Departamento:
  1. MEDICINA

Tipo: Tesis

Resumen

El cáncer colorrectal (CCR) es la tercera neoplasia más común y constituye la cuarta causa de muerte por cáncer en los países desarrollados. Su incidencia, el pronóstico y la necesidad de estrategias terapéuticas individualizadas conducen a que las investigaciones sobre él son una de las áreas de oncología con el desarrollo más dinámico. La heterogeneidad tumoral asociada con cambios en la expresión génica o en la epigenética apoya la existencia de células cancerosas resistentes a la terapia. Estas células, generalmente llamadas células madre cancerosas (CSCs) o células iniciadoras de tumores (TIC), representan una pequeña fracción dentro del cáncer y también son responsables de iniciar, mantener y desarrollar el crecimiento del cáncer. La hemo oxigenasa-1 (HO-1) es una proteína antioxidante implicada en la progresión de tumores, las metástasis y la resistencia a la terapia. Se ha observado una sobreexpresión de HO-1 en tejidos preneoplásicos y neoplásicos. Se ha implicado en la progresión tumoral, angiogénesis, metástasis y escape inmune, actuando tanto a nivel del microambiente como del tumor. Estos efectos dependen en gran medida de la localización intracelular de HO-1 (nuclear, mitocondrial o citoplásmica) y del tipo de cáncer estudiado. La expresión elevada de HO-1 se asocia con el fenotipo stem en varios tipos de cáncer, aunque este aspecto aún no se ha estudiado en el cáncer colorrectal (CCR). Utilizando un modelo in vitro, demostramos que la sobreexpresión de HO-1 regula el fenotipo stem y la resistencia al tratamiento con 5-FU, independientemente del p53. En muestras de los pacientes con CCR, la expresión de HO-1 y ECE-1 se correlaciona significativamente, y p53 no influyó en este resultado. El CO activó la vía ECE-1 / ET-1, que podría explicar los efectos protumorales de HO-1 en las células de p53 salvaje, como se demostró después del tratamiento con bosentan (un antagonista de los receptores de endotelina-1 ETAR y ETBR). Sorprendentemente, en células con p53 inactivo o p53 mutado con ganancia de función, la ET-1 producida por ECE-1 actuó como una molécula protectora, ya que el tratamiento con bosentan condujo a una mayor eficiencia para la formación de esferas y el porcentaje de CSC. marcadores. En estas células, HO-1 podría activar o desactivar ciertas rutas desconocidas que podrían inducir estas respuestas contrarias al bosentan, aunque se necesitan más investigaciones para confirmar estos resultados. Los pacientes que presentan tumores con alta expresión de HO-1 y ECE-1 y un p53 de tipo no salvaje deben considerarse para terapias basadas en HO-1 en lugar de terapias basadas en antagonistas de ET-1. 1. Bray, F.; Ferlay, J.; Soerjomataram, I.; Siegel, R.L.; Torre, L.A.; Jemal, A. Global cancer statistics 2018: GLOBOCAN estimates 485 of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries. CA Cancer J Clin 2018, 68, 394-424. 486 2. Van der Jeught, K.; Xu, H.C.; Li, Y.J.; Lu, X.B.; Ji, G. Drug resistance and new therapies in colorectal cancer. World journal of 487 gastroenterology 2018, 24, 3834-3848, doi:10.3748/wjg.v24.i34.3834. 488 3. Zeuner, A.; Todaro, M.; Stassi, G.; De Maria, R. Colorectal cancer stem cells: from the crypt to the clinic. Cell stem cell 2014, 489 15, 692-705, doi:10.1016/j.stem.2014.11.012. 490 4. Jozkowicz, A.; Was, H.; Dulak, J. Heme oxygenase-1 in tumors: is it a false friend? Antioxidants & redox signaling 2007, 9, 491 2099-2117, doi:10.1089/ars.2007.1659. 492 5. Loboda, A.; Damulewicz, M.; Pyza, E.; Jozkowicz, A.; Dulak, J. Role of Nrf2/HO-1 system in development, oxidative stress 493 response and diseases: an evolutionarily conserved mechanism. Cellular and molecular life sciences : CMLS 2016, 73, 494 3221-3247, doi:10.1007/s00018-016-2223-0. 495 6. Vijayan, V.; Wagener, F.; Immenschuh, S. The macrophage heme-heme oxygenase-1 system and its role in inflammation. 496 Biochemical pharmacology 2018, 153, 159-167, doi:10.1016/j.bcp.2018.02.010. 497 7. Rochette, L.; Zeller, M.; Cottin, Y.; Vergely, C. Redox Functions of Heme Oxygenase-1 and Biliverdin Reductase in 498 Diabetes. Trends in endocrinology and metabolism: TEM 2018, 29, 74-85, doi:10.1016/j.tem.2017.11.005. 499 8. Liu, Y.T.; Lin, Z.M.; He, S.J.; Zuo, J.P. Heme oxygenase-1 as a potential therapeutic target in rheumatic diseases. Life sciences 500 2018, doi:10.1016/j.lfs.2018.12.033. 501 9. Yang, C.M.; Lin, C.C.; Hsieh, H.L. High-Glucose-Derived Oxidative Stress-Dependent Heme Oxygenase-1 Expression from 502 Astrocytes Contributes to the Neuronal Apoptosis. Molecular neurobiology 2017, 54, 470-483, doi:10.1007/s12035-015-9666-4. 503 10. Nitti, M.; Piras, S.; Marinari, U.M.; Moretta, L.; Pronzato, M.A.; Furfaro, A.L. HO-1 Induction in Cancer Progression: A 504 Matter of Cell Adaptation. Antioxidants (Basel) 2017, 6, doi:10.3390/antiox6020029. 505 11. Chiang, S.K.; Chen, S.E.; Chang, L.C. A Dual Role of Heme Oxygenase-1 in Cancer Cells. Int J Mol Sci 2018, 20. 506 12. Biswas, C.; Shah, N.; Muthu, M.; La, P.; Fernando, A.P.; Sengupta, S.; Yang, G.; Dennery, P.A. Nuclear heme oxygenase-1 507 (HO-1) modulates subcellular distribution and activation of Nrf2, impacting metabolic and anti-oxidant defenses. The 508 Journal of biological chemistry 2014, 289, 26882-26894, doi:10.1074/jbc.M114.567685. 509 13. Lin, P.L.; Chang, J.T.; Wu, D.W.; Huang, C.C.; Lee, H. Cytoplasmic localization of Nrf2 promotes colorectal cancer with 510 more aggressive tumors via upregulation of PSMD4. Free radical biology & medicine 2016, 95, 121-132, 511 doi:10.1016/j.freeradbiomed.2016.03.014. 512 14. Chang, L.C.; Chiang, S.K.; Chen, S.E.; Yu, Y.L.; Chou, R.H.; Chang, W.C. Heme oxygenase-1 mediates BAY 11-7085 induced 513 ferroptosis. Cancer letters 2018, 416, 124-137, doi:10.1016/j.canlet.2017.12.025. 514 15. Becker, J.C.; Fukui, H.; Imai, Y.; Sekikawa, A.; Kimura, T.; Yamagishi, H.; Yoshitake, N.; Pohle, T.; Domschke, W.; Fujimori, 515 T. Colonic expression of heme oxygenase-1 is associated with a better long- term survival in patients with colorectal cancer. 516 Scandinavian journal of gastroenterology 2007, 42, 852- 858, doi:10.1080/00365520701192383. 517 16. Andrés, N.C.; Fermento, M.E.; Gandini, N.A.; Romero, A.L.; Ferro, A.; Donna, L.G.; Curino, A.C.; Facchinetti, M.M. Heme 518 oxygenase-1 has antitumoral effects in colorectal cancer: involvement of p53. Exp Mol Pathol 2014, 97, 321-331. 519 17. Lien, G.S.; Wu, M.S.; Bien, M.Y.; Chen, C.H.; Lin, C.H.; Chen, B.C. Epidermal growth factor stimulates nuclear 520 factor-kappaB activation and heme oxygenase-1 expression via c-Src, NADPH oxidase, PI3K, and Akt in human colon 521 cancer cells. PloS one 2014, 9, e104891, doi:10.1371/journal.pone.0104891. 522 18. Seo, G.S.; Jiang, W.Y.; Chi, J.H.; Jin, H.; Park, W.C.; Sohn, D.H.; Park, P.H.; Lee, S.H. Heme oxygenase-1 promotes tumor 523 progression and metastasis of colorectal carcinoma cells by inhibiting antitumor immunity. Oncotarget 2015, 6, 19792-19806. 524 Antioxidants 2021, 10, x FOR PEER REVIEW 16 of 18 19. Hellmuth, M.; Wetzler, C.; Nold, M.; Chang, J.H.; Frank, S.; Pfeilschifter, J.; Muhl, H. Expression of interleukin-8, heme 525 oxygenase-1 and vascular endothelial growth factor in DLD-1 colon carcinoma cells exposed to pyrrolidine 526 dithiocarbamate. Carcinogenesis 2002, 23, 1273-1279, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12151344. 527 20. Kim, T.H.; Hur, E.G.; Kang, S.J.; Kim, J.A.; Thapa, D.; Lee, Y.M.; Ku, S.K.; Jung, Y.; Kwak, M.K. NRF2 blockade suppresses 528 colon tumor angiogenesis by inhibiting hypoxia-induced activation of HIF- 1alpha. Cancer research 2011, 71, 2260-2275, 529 doi:10.1158/0008-5472.CAN-10-3007. 530 21. Waghela, B.N.; Vaidya, F.U.; Pathak, C. Upregulation of NOX-2 and Nrf-2 Promotes 5-Fluorouracil Resistance of Human 531 Colon Carcinoma (HCT-116) Cells. Biochemistry 2021, 86, 262-274. 532 22. Yin, H.; Fang, J.; Liao, L.; Maeda, H.; Su, Q. Upregulation of heme oxygenase-1 in colorectal cancer patients with increased 533 circulation carbon monoxide levels, potentially affects chemotherapeutic sensitivity. BMC Cancer 2014, 14, 1471-2407. 534 23. Shibue, T.; Weinberg, R.A. EMT, CSCs, and drug resistance: the mechanistic link and clinical implications. Nat Rev Clin 535 Oncol 2017, 14, 611-629. 536 24. Ghosh, D.; Ulasov, I.V.; Chen, L.; Harkins, L.E.; Wallenborg, K.; Hothi, P.; Rostad, S.; Hood, L.; Cobbs, C.S. 537 TGFbeta-Responsive HMOX1 Expression Is Associated with Stemness and Invasion in Glioblastoma Multiforme. Stem Cells 538 2016, 34, 2276-2289, doi:10.1002/stem.2411. 539 25. Leis, O.; Eguiara, A.; Lopez-Arribillaga, E.; Alberdi, M.J.; Hernandez-Garcia, S.; Elorriaga, K.; Pandiella, A.; Rezola, R.; 540 Martin, A.G. Sox2 expression in breast tumours and activation in breast cancer stem cells. Oncogene 2012, 31, 1354-1365. 541 26. Abdalla, M.Y.; Ahmad, I.M.; Rachagani, S.; Banerjee, K.; Thompson, C.M.; Maurer, H.C.; Olive, K.P.; Bailey, K.L.; Britigan, 542 B.E.; Kumar, S. Enhancing responsiveness of pancreatic cancer cells to gemcitabine treatment under hypoxia by heme 543 oxygenase-1 inhibition. Transl Res 2019, 207, 56-69. 544 27. Horinouchi, T.; Terada, K.; Higashi, T.; Miwa, S. Endothelin receptor signaling: new insight into its regulatory mechanisms. 545 Journal of pharmacological sciences 2013, 123, 85-101, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24077109. 546 28. Rosano, L.; Bagnato, A. Endothelin therapeutics in cancer: Where are we? American journal of physiology. Regulatory, 547 integrative and comparative physiology 2016, 310, R469-475, doi:10.1152/ajpregu.00532.2015. 548 29. Cianfrocca, R.; Rosano, L.; Tocci, P.; Sestito, R.; Caprara, V.; Di Castro, V.; De Maria, R.; Bagnato, A. Blocking 549 endothelin-1-receptor/beta-catenin circuit sensitizes to chemotherapy in colorectal cancer. Cell death and differentiation 2017, 550 24, 1811-1820, doi:10.1038/cdd.2017.121. 551 30. Goligorsky, M.S.; Budzikowski, A.S.; Tsukahara, H.; Noiri, E. Co-operation between endothelin and nitric oxide in 552 promoting endothelial cell migration and angiogenesis. Clin Exp Pharmacol Physiol 1999, 26, 269-271. 553 31. Morita, T.; Kourembanas, S. Endothelial cell expression of vasoconstrictors and growth factors is regulated by smooth 554 muscle cell-derived carbon monoxide. J Clin Invest 1995, 96, 2676-2682. 555 32. Zhang, F.; Kaide, J.I.; Yang, L.; Jiang, H.; Quan, S.; Kemp, R.; Gong, W.; Balazy, M.; Abraham, N.G.; Nasjletti, A. CO 556 modulates pulmonary vascular response to acute hypoxia: relation to endothelin. American journal of physiology. Heart and 557 circulatory physiology 2004, 286, H137-144, doi:10.1152/ajpheart.00678.2002. 558 33. Liou, S.F.; Hsu, J.H.; Chen, Y.T.; Chen, I.J.; Yeh, J.L. KMUP-1 Attenuates Endothelin-1-Induced Cardiomyocyte 559 Hypertrophy through Activation of Heme Oxygenase-1 and Suppression of the Akt/GSK-3beta, Calcineurin/NFATc4 and 560 RhoA/ROCK Pathways. Molecules 2015, 20, 10435-10449, doi:10.3390/molecules200610435. 561 34. Lin, H.C.; Su, S.L.; Lu, C.Y.; Lin, A.H.; Lin, W.C.; Liu, C.S.; Yang, Y.C.; Wang, H.M.; Lii, C.K.; Chen, H.W. Andrographolide 562 inhibits hypoxia-induced HIF-1alpha-driven endothelin 1 secretion by activating Nrf2/HO-1 and promoting the expression 563 of prolyl hydroxylases 2/3 in human endothelial cells. Environmental toxicology 2017, 32, 918-930, doi:10.1002/tox.22293. 564 35. Casado, J.; Iñigo-Chaves, A.; Jiménez-Ruiz, S.M.; Ríos-Arrabal, S.; Carazo-Gallego, Á.; González-Puga, C.; Núñez, M.I.; 565 Ruíz-Extremera, Á.; Salmerón, J.; León, J. AA-NAT, MT1 and MT2 Correlates with Cancer Stem-Like Cell Markers in 566 Colorectal Cancer: Study of the Influence of Stage and p53 Status of Tumors. Int J Mol Sci 2017, 18. 567 36. Witte, K.E.; Hertel, O.; Windmöller, B.A.; Helweg, L.P.; Höving, A.L.; Knabbe, C.; Busche, T.; Greiner, J.F.W.; Kalinowski, J.; 568 Noll, T., et al. Nanopore Sequencing Reveals Global Transcriptome Signatures of Mitochondrial and Ribosomal Gene 569 Expressions in Various Human Cancer Stem-like Cell Populations. Cancers 2021, 13, 1136,