Ítem
Acceso Abierto
Tratamiento antitumoral basado en la expresión de la proteína NIS: Análisis del microambiente tumoral en un modelo in vitro
Título de la revista
Autores
Castillo-Rivera, Fabio
Fecha
2020-06-04
Directores
Pourcher, Thierry
Ondo Méndez, Alejandro Oyono
ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad del Rosario
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Resumen
El co-transportador de sodio/yoduro (NIS) media la captación de yoduro en la tiroides. Desde hace décadas, la captación de yoduro mediada por NIS es una herramienta muy útil para la ablación radiactiva de las células de cáncer de tiroides. La terapia génica basada en NIS es una herramienta prometedora para el tratamiento de células tumorales de origen extratiroideo. Algunos estudios preclínicos sobre este enfoque produjeron resultados muy prometedores, pero otros estudios concluyeron que las administraciones de yodo radioactivo requeridas eran demasiado altas, o se presentaba resistencia al tratamiento. La razón de esta variabilidad no está bien definida. Este trabajo parte de las observaciones realizadas por el grupo TIRO de la Universidad de Niza en Francia quienes inocularon subcutáneamente células HT29NIS, células de adenocarcinoma de colon (línea HT29) que expresaban mNIS exógena de forma estable en ratones desnudos para inducir tumores. Usando imágenes SPECT e inmunohistoquímica, encontraron una distribución heterogénea inesperada de la capacidad captadora de yoduro y de la expresión de NIS localizada en el borde de los xenoinjertos. En este estudio, el objetivo fue analizar factores del microambiente tumoral como la hipoxia y la heterogeneidad celular (este término hace referencia a la presencia de células en estado proliferativo o quiescente) sobre la actividad de la proteína NIS. Se estudiaron las células HT29NIS in vitro en condiciones que inducen estados proliferativo o quiescente en normoxia o hipoxia. En este modelo in vitro, se analizaron la expresión, función y localización de la proteína NIS y se estudiaron los cambios en el proteoma y el metaboloma de HT29NIS inducidos por la quiescencia y/o hipoxia. También se analizaron cambios a nivel del estado redox celular y sus incidencias en el metabolismo glucolítico y oxidativo en condiciones de quiescencia e hipoxia y su efecto en la expresión de la proteína NIS. Finalmente se analizaron los posibles cambios en el comportamiento 14 celular como la viabilidad, el estado redox y el metabolismo glucolítico y oxidativo de las células HT29 silvestres cuando son transfectadas con el gen de NIS. Se encontró que la captación de yoduro, el nivel de expresión de NIS y la localización de NIS en la membrana plasmática se redujeron por quiescencia e hipoxia. Los resultados proteómicos indican que los estados de quiescencia e hipoxia están asociados a una disminución en la expresión de proteínas involucradas en la localización de proteínas en la membrana y se detectan cambios en las proteínas asociadas al metabolismo energético, adicionalmente se encontró que la transfección de la proteína NIS en las células HT29WT reduce el metabolismo glucolítico e incrementa el metabolismo oxidativo. En conclusión, los resultados aquí reportados mostraron que la hipoxia y la quiescencia perjudican la expresión y la localización celular de la proteína NIS y, en consecuencia, la captación de yoduro. Estos hallazgos también indican que el uso de líneas celulares para la evaluación preclínica de la terapia génica basada en NIS podría conducir a subestimar la eficiencia del método. También es importante tener en cuenta los posibles cambios en el comportamiento celular cuando se introduce un gen exógeno, en líneas celulares que son sometidas a condiciones como hipoxia y quiescencia. De manera más general, este estudio muestra que el microambiente tumoral es un parámetro importante en el uso de NIS en el tratamiento de células cancerosas. Resolver algunas limitaciones del uso de NIS en la terapia génica, dada por factores del microambiente tumoral, como la heterogeneidad celular, las variaciones en la disponibilidad de oxígeno y nutrientes, el pH y la producción ROS permitirán en el futuro delimitar áreas del tumor, dosis de radioisótopos, disminución de los efectos secundarios en tejidos sanos, aumentando la radiosensibilidad del tumor y mejorando el pronóstico del paciente con cáncer.
Abstract
The sodium/iodide symporter (NIS) mediates iodide uptake in the thyroid. Since decades, NIS-mediated iodide uptake is a very useful tool for radioactive ablation of thyroid cancer cells. NIS-based gene therapy is a promising tool for the treatment of tumor cells of extrathyroidal origin. Some preclinical studies on this approach produced very promising results, but other studies concluded that the required radioactive iodine administrations were too high or resistance to treatment occurs. The reason of this variability was not well-defined. This work is based on the observations made by the TIRO group from the University of Nice in France. They inoculated subcutaneously HT29NIS cells, colon adenocarcinoma cells (HT29 line) stably expressing exogenous mNIS to induce tumors in nude mice. Using SPECT imaging and immunohistochemistry, they found an unexpected heterogeneous distribution of iodide uptake capacity and NIS expression localized at the border of the xenografts. In this study, the aim was to analyze factors of the tumor microenvironment such as hypoxia and cellular heterogeneity (this term refers to the presence of cells in a proliferative or quiescent state) on the activity of the NIS protein. We studied HT29NIS cells in vitro in conditions that induce quiescent and/or hypoxic states. In this in vitro model, the expression, function and localization of NIS protein were analyzed. Changes in the proteome and metabolome of HT29NIS induced by quiescence and / or hypoxia were also analyzed. Also, change at the cellular redox state level and its effects on glycolytic and oxidative metabolism under quiescence and hypoxia conditions and its effect on the expression of the NIS protein were analyzed. Finally, possible changes in cellular behavior such as viability, redox status, and glycolytic and oxidative metabolism of wild type HT29 cells when transfected with the NIS gene were analyzed. We found that the iodide uptake, NIS-expression level and NIS localization at the plasma membrane were reduced by quiescence and hypoxia. Our proteomics results indicate that quiescent and hypoxic states are associated to a 16 decrease in the expression of proteins involved in protein localization to membrane and changes in protein linked to energy metabolism. In addition, transfection of the NIS protein in HT29WT cells was found to reduce glycolytic metabolism and increase oxidative metabolism. In conclusion, the results showed that hypoxia and quiescence impair NIS expression and NIS cellular localization, and consequently iodide uptake. These findings also indicate that the use of cell lines for preclinical evaluation of NIS-based gene therapy could lead to underestimate the efficiency of the approach. It is also important to consider possible changes in cellular behavior when an exogenous gene is introduced into cell lines that are subjected to conditions such as hypoxia and quiescence. More generally, our study show that tumor microenvironment is an important parameter in the use of NIS in the treatment of cancer cells. Resolving some limitations of the use of NIS in gene therapy, given by factors of the tumor microenvironment such as cellular heterogeneity, variations in the availability of oxygen and nutrients, pH and ROS production will allow in the future to delimit areas of the tumor, dosage of radioisotopes, decrease of side effects in healthy tissues, increasing the radiosensitivity of the tumor and improving the prognosis of the cancer patient.
Palabras clave
Quiescencia , Hipoxia , Microambiente tumoral , Metabolismo , Células HT29 , Tratamiento alternativo al cáncer , Terapia génica basada en NIS , Cáncer de tiroides
Keywords
NIS , Quiescence , Hypoxia , Tumor microenvironment , Metabolism , HT29 cells , Alternative cancer treatment , NIS-based gene therapy , Thyroid cancer
