Estudio sobre el reordenamiento del citoesqueleto citoplasmático inducido por leucamenina E y la inhibición de la migración en células HeLa de cáncer cervical humano
Los microfilamentos, microtúbulos y fibras intermedias de las células eucariotas están interconectados con sus proteínas de unión para formar una red tridimensional altamente ordenada, como el sistema del esqueleto citoplasmático. Participan en procesos clave de la vida celular como el transporte de materiales, la transmisión de información, la división celular, la migración celular y el mantenimiento de la morfología celular. El proceso dinámico del citoesqueleto está altamente regulado para servir a las necesidades de las actividades vitales celulares, y su desorden de ensamblaje puede conducir a la inhibición del crecimiento celular, la detención de la división celular e incluso la apoptosis celular. Algunos fármacos antitumorales pueden perturbar el equilibrio dinámico de los microtúbulos alterando la despolimerización y polimerización del citoesqueleto, inhibiendo así la proliferación celular y ejerciendo efectos antitumorales. Los alcaloides del catharanthus y los taxanos, fármacos anticancerígenos derivados de plantas, pueden combinarse con la β - tubulina, interferir en el proceso dinámico del esqueleto de microtúbulos y utilizarse para tratar diversos tumores, como el cáncer de mama, el cáncer de pulmón, el neuroblastoma, el rabdomiosarcoma, la leucemia aguda, etc. La investigación y el descubrimiento de fármacos antitumorales dirigidos contra el citoesqueleto y sus proteínas relacionadas se han convertido en un campo de investigación de frontera muy activo.

Las especies reactivas del oxígeno (ROS) actúan como moléculas señalizadoras dentro de las células y participan en los principales procesos de la vida celular, como la proliferación y la diferenciación celular. Debido a los cambios en las vías metabólicas de las células tumorales, aumenta el contenido de ROS, especialmente de H2O2, lo que hace que las células tumorales sean más sensibles a los cambios en los niveles de ROS. Por lo tanto, las modificaciones específicas de los componentes intracelulares por la generación de ROS y la defensa antioxidante se han identificado como objetivos para el tratamiento del cáncer. Las investigaciones han demostrado que las ROS generadas por la NADPH oxidasa y otras fuentes pueden modificar directamente los microfilamentos, los microtúbulos y las proteínas intermedias de la seda, afectando a sus procesos dinámicos de ensamblaje-desensamblaje, o remodelar el citoesqueleto activando la Rho GTPasa aguas arriba a través de vías de señalización relacionadas. El estrés oxidativo intracelular mediado por la NADPH oxidasa también desempeña un importante papel regulador en las enfermedades relacionadas con el citoesqueleto. En los últimos años, los investigadores han mostrado un gran interés por la implicación de las ROS en la regulación de la dinámica del citoesqueleto.

Hay más de 90 especies de plantas del género Camellia distribuidas en China, de las cuales unas 30 se utilizan con fines medicinales. Entre ellas, Isodon rubescens se incluyó en su día en la farmacopea china y se utiliza principalmente para el tratamiento de enfermedades antibacterianas, antiinflamatorias y antitumorales. La oridonina, principal ingrediente activo de Lonicera japonica, se ha estudiado ampliamente por su mecanismo antitumoral, y sus modificaciones estructurales han entrado en la fase I de ensayos clínicos como fármacos contra la leucemia. Se han descubierto más de 1.300 especies de diterpenos enantioméricos de kaempferol, especialmente abundantes en las ramas y hojas de las plantas del género Camellia. Estos compuestos presentan una amplia actividad anticancerígena y se espera que conduzcan al descubrimiento de nuevos fármacos antitumorales. En la actualidad, sólo un número muy reducido de diterpenos enantioméricos, como la arbutina, han sido objeto de estudios exhaustivos y sistemáticos sobre sus mecanismos anticancerígenos. Siguen faltando investigaciones relacionadas con otros diterpenos de este tipo, pero en los últimos años se han logrado avances significativos. En los últimos años, se ha descubierto que ciertos enantiómeros de los diterpenos del kaempferol pueden actuar sobre el sistema del citoesqueleto y ejercer una actividad anticancerígena. Por ejemplo, la bacteriocina A se dirige directamente a la proteína BubR1 para activar el punto de control del ensamblaje del huso, impidiendo la transición celular de media a tardía e inhibiendo la fase mitótica de las células leucémicas Raji y Jurkat; La wangzaozina A y la epinodosina inducen la reorganización del citoesqueleto (microfilamentos, microtúbulos y filamentos intermedios) en las células HeLa y HL-60, respectivamente, lo que se asocia a su inducción de la diferenciación celular; la leucamenina E también puede inducir la fosforilación de la queratina en las células HUVEC y PLC, bloqueando así el ensamblaje normal de las redes de fibras de queratina. Este artículo sigue informando de los efectos de la leucamenina E en la reorganización de tres fibras esqueléticas (microfilamentos, microtúbulos y fibras de queratina) en células HeLa, así como de los posibles mecanismos de inhibición del crecimiento y la migración celular. Proporciona pistas para dilucidar los mecanismos moleculares anticancerígenos de los diterpenoides enantioméricos de kaempferol y la base científica para el desarrollo y la aplicación ulteriores de este compuesto.

En los últimos años, la actividad farmacológica anticancerígena de los diterpenos enantioméricos de kaempferol ha despertado un gran interés entre los investigadores. Cada vez hay más informes sobre los mecanismos anticancerígenos de estos compuestos con diferentes configuraciones moleculares, y se ha descubierto que sus efectos sobre los procesos vitales celulares son multifacéticos, demostrando efectos multiobjetivo a nivel molecular. Por ejemplo, induce la apoptosis y la diferenciación celular a través de varias vías de señalización celular; se dirige a las peroxidasas I y II, a la proteína BubR1 y a la proteína cancerígena AML1-ETO, puede regular la actividad de la NADPH oxidasa e inducir la fosforilación de la queratina. Nuestro grupo de investigación ha informado sucesivamente de los efectos de los diterpenos enantioméricos de kaempferol sobre el sistema del citoesqueleto: la leucamenina E puede inducir la fosforilación de las queratinas celulares K8 y K18 e inhibir el ensamblaje de las queratinas; la epinodosina y la wangzaozina A pueden afectar respectivamente al ensamblaje dinámico del citoesqueleto en las células HL-60 y HeLa, provocando la reordenación del citoesqueleto citoplasmático, alterando la distribución de los microfilamentos, los microtúbulos y las fibras del esqueleto de fibras intermedias, e interfiriendo en la homeostasis del sistema del citoesqueleto citoplasmático. Sin embargo, sus mecanismos de acción no se conocen bien.

En este artículo, investigamos en primer lugar las características de la reordenación del citoesqueleto de las células HeLa inducida por concentraciones bajas de leucamenina E (0,4-1,0 μ mol/L). La baja concentración de leucamenina E cambió significativamente la morfología de las células después de un tratamiento prolongado (48h y 72h), dando lugar a la formación de largas franjas, una reducción significativa en el número de pseudópodos, elongación de pseudópodos, y un cambio significativo en la morfología nuclear, con un aumento en el número de "núcleos en forma de riñón". Como es bien sabido, los microfilamentos, los microtúbulos y las fibras medias tienen la función de mantener la morfología de las células y sus núcleos. Por lo tanto, estos cambios sugieren que el leucomeneno E puede interferir en el equilibrio dinámico del citoesqueleto e inducir su reordenación. Otras tinciones de fluorescencia confirmaron esta especulación: el número de fibras de estrés citoplasmáticas disminuyó, los microtúbulos y las fibras de queratina se agruparon alrededor del núcleo, la disposición de los microtúbulos y las fibras intermedias de queratina cambió significativamente y algunos microtúbulos y fibras intermedias de queratina se engrosaron. El análisis por citometría de flujo también confirmó una disminución de los microfilamentos cohesivos, un aumento significativo de los microtúbulos agregados y un ligero aumento de la polimerización de las fibras de queratina en las células HeLa. Este resultado es similar a nuestro informe anterior sobre la inducción de la reorganización del citoesqueleto en células HeLa por el diterpenoide enantiomérico wangzaozin A. Sin embargo, el tratamiento de células HepG2, H1299, PLC, y HUVEC con leucamenina E a altas concentraciones (2,0~4,0 μ mol/L) durante 24 horas dio lugar a cambios mínimos en la morfología celular, que es completamente diferente del patrón de cambios observados después del tratamiento a bajas concentraciones. Hemos encontrado que las altas concentraciones de leucomenen E puede activar la vía de señalización ERK en las células, inducir la fosforilación de K8-S431/73 y K18-S52, inhibir el ensamblaje de fibras de queratina, y reducir el número de fibras de queratina. Esto indica que diferentes concentraciones de leucomenen E pueden participar en la regulación de diferentes vías de señalización en las células, causando diferentes eventos de respuesta celular.

La profunda implicación del citoesqueleto en la división y migración celulares está estrechamente relacionada con la carcinogénesis y el deterioro celular. La red dinámica de fibras compuesta por el citoesqueleto y las proteínas reguladoras está implicada en el proceso de migración celular, que se manifiesta como cambios continuos en la morfología celular, reorganización del citoesqueleto e impulso del movimiento direccional celular. Los compuestos dirigidos al citoesqueleto, como la citocalasina, la colchicina y la vincristina, inhiben la proliferación y la migración celular al afectar al ensamblaje del citoesqueleto. Nuestra investigación muestra que 0,8~1,0 μ mol/L de leucomenen E puede interferir en el equilibrio dinámico del citoesqueleto de las células HeLa, provocando una reordenación significativa del citoesqueleto citoplasmático, inhibiendo la migración celular y reduciendo la tasa de proliferación celular mediante el bloqueo del funcionamiento del ciclo celular. Esto indica que el leucomeneno E tiene un valor importante en la investigación y el descubrimiento de nuevos fármacos contra el cáncer.

Las ERO son un tipo de radicales libres que contienen oxígeno producidos en los organismos vivos y que son más activos que la química del oxígeno molecular, como el O2, H2O2, - OH, etc. En condiciones fisiológicas normales, las ROS desempeñan un importante papel como segundo mensajero en la determinación del destino celular y la modificación de diversas moléculas de señalización. La investigación ha confirmado que las ROS participan en la vía de señalización de la remodelación del citoesqueleto, modificando directamente el citoesqueleto o las proteínas relacionadas con el citoesqueleto, y son un importante factor regulador implicado en la estructura y función del citoesqueleto. Anteriormente, informamos que el leucomeneno E puede aumentar los niveles intracelulares de ROS e inducir a las células HL-60 a diferenciarse en granulocitos maduros mediante la regulación de la actividad de la NADPH oxidasa en las células HL-60. En este estudio, el tratamiento de las células HeLa con 0,4 ~ 1,0 μ mol / L leukomenen E aumentó significativamente los niveles intracelulares de ROS, y el contenido de ROS aumentó significativamente con el aumento de la concentración del fármaco y el tiempo de tratamiento prolongado. Especulamos que ROS puede ser un evento aguas arriba de leukomenen E inducida por cambios morfológicos de la célula, la inhibición de la migración celular, y la reorganización del citoesqueleto. El leucomeneno E puede regular la reorganización del citoesqueleto a través de la vía de señalización ROS, lo que conduce a cambios en la morfología celular y a la inhibición de la migración celular. Otros experimentos confirmaron la especulación anterior: la adición de NAC tiene un efecto inhibidor significativo sobre los cambios morfológicos inducidos por el leucomenen E (hacia pseudópodos alargados y reducidos), y se observó que el NAC debilitaba la inducción de la reducción de las fibras de estrés por el leucomenen E y reducía la agregación de microtúbulos y fibras de queratina alrededor del núcleo. Estos fenómenos indican que la reorganización del citoesqueleto y los cambios en la morfología celular causados por el leucomenen E están asociados a un aumento de los niveles de ROS. Los estudios han demostrado que las ROS están implicadas en los procesos dinámicos de agregación y despolimerización de microfilamentos. En los condrocitos primitivos humanos, un aumento de ROS promueve la modificación oxidativa de Racl e induce cambios en la estructura del citoesqueleto de las células de actina; las ROS alteran la red de fibras de tensión y otros haces de microfilamentos de las células de Sertoli (SC) testiculares a través de la vía ERK. Además, las ERO afectan significativamente a la inestabilidad dinámica de los microtúbulos, regulan la organización del citoesqueleto de proteínas microtubulares e inducen la modificación de las proteínas microtubulares. No existen informes relevantes sobre la correlación y el mecanismo entre las ERO y la polimerización de las fibras de queratina. Especulamos que la reorganización del citoesqueleto causada por la leucamenina E se desencadena por la activación de vías de señalización relacionadas con la reorganización del citoesqueleto a través del aumento de los niveles de ROS, pero se necesita más investigación para confirmar la vía específica. Lai et al. informaron de que la naringina inducía un aumento de los niveles de ROS en células HeLa, activaba la vía ROS/JNK/Bcl2 e inhibía la proliferación y migración celular. Nuestra investigación confirma que las ROS pueden actuar como moléculas de señalización en el sistema del citoesqueleto, interfiriendo en la reorganización coordinada del citoesqueleto durante el movimiento celular, lo que conduce a la inhibición de la migración celular. Es necesario seguir investigando en profundidad la vía de señalización a través de la cual la leucamenina E inhibe la proliferación celular.