03 Medicina Celular y Molecular.pdf 5474KB May - Centro de ...

Medicina Celular y Molecular | Cellular and Molecular Medicine
72
Patricio aller Tresguerres
Profesor de Investigación | aller@cib.csic.es
Mecanismos de Acción de Drogas Antitumorales
Nuestro interés se centra
especialmente en la acción
del trióxido de arsénico (ATO,
TrisenoxTM), droga usada clínicamente
frente a la leucemia promielocítica aguda,
y objeto de gran investigación frente a
otras neoplasias. Estudiamos también la
acción de otras drogas mitocondriotóxicas
como la lonidamina, ya utilizada frente
algunos tumores sólidos. Como objetivo
general, intentamos diseñar estrategias
de sensibilización que incrementen la
eficacia apoptótica y reduzcan la toxicidad
colateral de estos compuestos. Entre
otros aspectos, investigamos: (1) Acción
quimio-sensibilizadora de agentes fenólicos
PhD, 1979.
Universidad Complutense de Madrid.
Postdoctoral, 1983.
Department of Pathology, Temple University,
Philadelphia, USA.
Profesor Titular, 1985.
Universidad de Córdoba.
Científico Titular, 1986,
Investigador Científico, 2002,
Profesor de Investigación, 2009.
CIB, CSIC.
El laboratorio se constituyó hace aproximadamente
veinte años, para el estudio de aspectos relativos
al control de la diferenciación, muerte, y respuesta
de estrés celular. Nuestro interés actual se centra en
los mecanismos de regulación de la proliferación
dietéticos (p.e., flavonoides, curcumina,
resveratrol), en su capacidad de afectar el
ciclo de proliferación, potenciar apoptosis, y
ocasionalmente favorecer la diferenciación.
(2) Acción quimio-sensibilizadora (proapoptótica)
de agentes anti-glucolíticos.
(3) Correlación entre apoptosis y estrés
oxidativo, medido por sobre-producción de
especies reactivas de oxígeno y alteraciones
en glutation intracelular, y acción protectora
de agentes anti-oxidantes. (4) Señalización
por proteínas quinasas tales como JNK y
p38-MAPK, ruta Raf-1/MEK/ERK, ruta PI3K/
Akt/mTOR, AMPK, JAK/STAT; efecto de
moduladores farmacológicos y siRNAs frente
a estas quinasas; y alteraciones en la ruta IKK/
Otros miembros | Other lab members:
Yolanda Sánchez Delgado
Eva Calviño Venegas
Gloria Pilar Simón García de Mora
Mª Cristina Estañ Omaña
Elena de Blas Brotons
www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=13
y muerte celular (apoptosis y necrosis) inducida
por agentes antitumorales, especialmente el
trióxido de arsénico (TRISENOX) y otras drogas
mitocondriotóxicas, y en el diseño de estrategias que
podrían mejorar su eficacia clínica.
IκB-NF-κB. (5) Mecanismos de activación/
ejecución de la muerte celular, incluyendo
estrés de retículo endoplásmico, activación
de la vía apoptótica intrínseca (mitocondrial)
y secundariamente extrínseca (mediada
por receptor), y selección entre muerte
apoptótica y necrótica. Empleamos modelos
de células leucémicas humanas mieloides
(p.e. U937, HL60, NB4) y linfoides (p.e.,Jurkat),
que extenderemos a células leucemicas
primarias, y ocasionalmente modelos de
cáncer de próstata (PC3 y LNCaP). Asimismo
mantenemos colaboración con el laboratorio
del Dr. E. Rial (CIB), en su investigación sobre
la proteína mitocondrial UCP2 como diana
terapéutica.
La figura ilustra algunos efectos de la
isoflavona de soja genisteína en modelos de
células leucémicas mieloides agudas (AML)
humanas. A concentraciones subcitotóxicas,
la genisteína (Gen) potencia fuertemente la
acción apoptótica de la droga antileucémica
trióxido de arsénico (ATO) (A); provoca sobreproducción
de especies reactivas de oxigeno
(ROS), medida con la sonda fluorescente
H2DCFDA (B), y provoca fosforilación/
activación de las proteínas quinasas p38-
MAPK, AMPK y ERK (C). La producción de ROS
y activación de p38-MAPK y AMPK median la
producción de apoptosis, según demuestra el
efecto protector del anti-oxidante N-acetil-Lcisteína
(NAC) y de los inhibidores de quinasas
SB203580 (SB) y “compound C” (CC), mientras
que la activación de MEK/ERK probablemente
ejerce un efecto protector, a juzgar por el
incremento en toxicidad provocado por los
inhibidores PD98059 (PD) y U0126 (U) (A) o
siRNAs específicos para dichas quinasas (no
mostrado). Por otro lado la genisteína inhibe
la transición G2 – M en el ciclo de proliferación
(D) y altera la expresión o fosforilación/
activación de proteínas reguladoras de dicha
transición (E), y asimismo induce diferenciación
celular, medida por sobre-expresión en
superficie celular de CD11b/CD18 (F). Ambos
Mechanisms of
Action of Antitumour Drugs
The laboratory was established approximately twenty years ago,
to investigate different aspects of the control of cell differentiation,
cell death, and the stress response. Our present interest is mainly
focussed on the mechanism of regulation of cell proliferation and death
(apoptotic and necrotic) induced by arsenic trioxide (TRISENOX) and other
mitochondriotoxic drugs, and the generation of strategies which might
allow to improve their clinical efficacy.
Our research is mainly focussed on the action of arsenic
trioxide (ATO, TrisenoxTM), clinically used in the cure
of acute promielocítica leukaemia and under intensive
investigation in other neoplastic diseases. Nonetheless, we are also
interested on the action of other mitochondriotoxic drugs such
as lonidamine, used against some solid tumours. The major goal
consists in the generation of strategies to improve the apoptotic
efficacy and decrease the side toxicity of those agents. Among
other aspects, we investigate: (1) Chemo-sensitization by dietary
phenolic agents (such as flavonoides, curcumin, resveratrol),
measured by alterations in cell growth cycle, death generation
(apoptosis, necrosis), and occasionally differentiation induction.
(2) Chemo-sensitization by glycolytic inhibitors. (3) Relationship
between apoptosis and oxidative stress, as determined by reactive
oxygen species (ROS) over-production, alterations in intracellular
glutathione, and protection by antioxidant agents. (4) Signalling
by protein kinases such as JNK and p38-MAPK, Raf-1/MEK/ERK and
efectos, parada de ciclo y diferenciación, son regulados por MEK/ERK, a juzgar
por la atenuación provocada por PD9859 y U0126 o siRNAs apropiados (no
mostrado), pero son independientes de ROS y de p38-MAPK, a juzgar por la
falta de efecto de NAC y SB203580 ((G) y resultados no mostrados). Un esquema
integrador de los efectos de la genisteína sobre apoptosis, ciclo celular y
diferenciación, y sus interacciones, se muestra en (H). Estos resultados avalan el
potencial interés clínico de la genisteína (y quizás otros flavonoides) en terapias
basadas en apoptosis y diferenciación celular.
The figure shows several effects of the soy isoflavone genistein in human acute
myeloid leukaemia (AML) cell models. At sub-cytotoxic concentrations, genistein
(Gen) greatly potentiates apoptosis induction by the anti-leukaemic agent arsenic
trioxide (ATO) (A); causes reactive oxygen species (ROS) over-production, as measured
by fluorescent probe H2DCFDA (B), and stimulates phosphorylation/activation
of protein kinases p38-MAPK, AMPK and ERKs (C). ROS and p38-MAPK and AMPK
activation mediates apoptosis generation, as indicated by the protective action
of the antioxidant N-acetyl-L- cysteine (NAC) and the kinase inhibitors SB203580
(SB) and “compound C” (CC), while MEK/ERK activation likely exerts a protective
action, as judged by increase in toxicity caused by kinase inhibitors PD98059 (PD)
and U0126 (U) (A) or appropriate specific siRNAs (not shown). In addition, genistein
inhibits G2 – M cell cycle transition (D) and alters the expression or phosphorylation/
activation of transition regulatory proteins (E), and also promotes cell differentiation,
as measured y cell surface expression of CD11b/CD18 (F). Both effects, cycle arrest
and differentiation, are regulated by MEK/ERK, as judged by the attenuation caused
by PD98059 or U0126 or by appropriate siRNAs (not shown), but are ROS- and
p38-MAPK-independent, as judged by the lack of effects of NAC and SB203580 ((G)
and not-shown results). An integrative scheme showing the effects of genistein on
apoptosis, cell cycle and differentiation, and their interactions, is shown in (H). These
results support the potential interest of genistein (and perhaps other flavonoides) for
apoptosis- and differentiation- based anti-tumour therapies.
PI3K/Akt/mTOR pathways, AMPK;
effects pharmacologic modulators
and siRNAs; and alterations in IKK/IκB/
NF-κB pathway. (5) Events responsible
for cell death activation and execution,
including endoplasmic reticulum stress,
activation of the “intrinsic” (mitochondrial)
executioner pathway, and secondarily of the
“extrinsic” (death receptor-mediated) pathway, and
selection between apoptotic and necrotic modes
of death. We currently use human myeloid (e.g., HL60,
U937, NB4) and lymphoid (e.g., Jurkat) leukaemia cell
models, which will be extended to primary leukaemia cells,
and occasionally cancer prostate-derived cells (LNCaP and
PC3). As a complement, we maintain collaborative work with Dr.
E. Rial’s laboratory, focused on the mitochondrial protein UCP2 as
a therapeutic target.
Publicaciones Seleccionadas
Selected Publications
Rial, E., Rodríguez-Sánchez L., Aller, P., Guisado, A., González-Barroso, M., Gallardo-Vara,
E., Redondo-Horcajo, M., Castellanos, E., Fernández de la Pradilla, R., and Viso, A. (2010).
Development of chromanes as novel inhibitors of the uncoupling proteins. Chem.
Biol. DOI: 10.1016/j.chembiol.2010.12.012.
Sánchez, Y., Simón, G.P., Calviño, E., de Blas, E., and Aller, P., (2010). Curcumin stimulates
reactive oxygen species production and potentiates apoptosis induction by the
antitumour drugs arsenic trioxide and lonidamine in human myeloid leukaemia cell
lines. J. Pharmacol. Exp. Ther. 335, 114-123.
Sánchez Y, Amrán D., de Blas, E., and Aller, P., (2010). Arsenic trioxide as an anti-tumour
agent. Mechanisms of action and strategies of sensitization. J. Appl. Biomed. 8, 199-208.
Sánchez, Y., Calle, C., de Blas, E., and Aller, P., (2009). Modulation of arsenic trioxideinduced
apoptosis by genistein and functionally related agents in U937 human
leukaemia cells. Regulation by ROS and mitogen-activated protein kinases. Chem.
Biol. Interact. 182, 37-44.
Rodríguez-García, M.E., Quiroga, A.G., Castro, J., Ortiz, A., Aller, P., and Mata, F., (2009).
Inhibition of p38-MAPK potentiates cisplatin-induced apoptosis via GSH depletion
and increased intracellular drug accumulation in growth-arrested kidney tubular
epithelial cells. Toxicol. Sci. 111, 413-423,
Sánchez, Y., Amrán, D., de Blas, E., and Aller, P., (2009). Regulation of genistein-induced
differentiation in human acute myeloid leukaemia cells (HL60, NB4). Protein kinase
modulation and reactive oxygen species generation. Biochem. Pharmacol. 77, 384-396.
73