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dc.contributor.advisorRiganti, Chiara 
dc.contributor.advisorGarzón, Ruth 
dc.creatorPinzon-Daza, Martha L. 
dc.date.accessioned2014-11-04T17:25:43Z
dc.date.available2014-11-04T17:25:43Z
dc.date.created2014-07-21
dc.date.issued2014 
dc.identifier.urihttp://repository.urosario.edu.co/handle/10336/8992
dc.descriptionLos gliomas malignos representan una de las formas más agresivas de los tumores del sistema nervioso central (SNC). De acuerdo con la clasificación de los tumores cerebrales de la Organización Mundial de la Salud (OMS), los astrocitomas han sido categorizados en cuatro grados, determinados por la patología subyacente. Es así como los gliomas malignos (o de alto grado) incluyen el glioma anaplásico (grado III) así como el glioblastoma multiforme (GBM, grado IV),estos últimos los más agresivos con el peor pronóstico (1). El manejo terapéutico de los tumores del SNC se basa en la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia, dependiendo de las características del tumor, el estadio clínico y la edad (2),(3), sin embargo ninguno de los tratamientos estándar es completamente seguro y compatible con una calidad de vida aceptable (3), (4). En general, la quimioterapia es la primera opción en los tumores diseminados, como el glioblastoma invasivo y el meduloblastoma de alto riesgo o con metástasis múltiple, pero el pronóstico en estos pacientes es muy pobre (2),(3). Solamente nuevas terapias dirigidas (2) como las terapias anti-angiogénicas (4); o terapias génicas muestran un beneficio real en grupos limitados de pacientes con defectos moleculares específicos conocidos (4). De este modo, se hace necesario el desarrollo de nuevas terapias farmacológicas para atacar los tumores cerebrales. Frente a las terapias los gliomas malignos son con frecuencia quimioresistentes, y esta resistencia parece depender de al menos dos mecanismos: en primer lugar, la pobre penetración de muchas drogas anticáncer a través de la barrera hematoencefálica (BBB: Blood Brain Barrier), la barrera del fluido sangre-cerebroespinal (BCSFB: Blood-cerebrospinal fluid barrier) y la barrera sangre-tumor (BTB: blood-tumor barrier). Dicha resistencia se debe a la interacción de la droga con varios transportadores o bombas de eflujo de droga ABC (ABC: ATP-binding cassette) que se sobre expresan en las células endoteliales o epiteliales de estas barreras. En segundo lugar, estos transportadores de eflujo de drogas ABC propios de las células tumorales confieren un fenotipo conocido como resistencia a multidrogas (MDR: multidrug resistance), el cual es característico de varios tumores sólidos. Este fenotipo también está presente en los tumores del SNC y su papel en gliomas es objeto de investigación (5). Por consiguiente el suministro de medicamentos a través de la BBB es uno de los problemas vitales en los tratamientos de terapia dirigida. Estudios recientes han demostrado que algunas moléculas pequeñas utilizadas en estas terapias son sustratos de la glicoproteína P (Pgp: P-gycoprotein), así como también de otras bombas de eflujo como las proteínas relacionadas con la resistencia a multidrogas (MRPs: multidrug resistance-related proteins (MRPs) o la proteína relacionada con cáncer de seno (BCRP: breast-cancer resistance related protein)) que no permiten que las drogas de este tipo alcancen el tumor (1). Un sustrato de Pgp y BCRP es la DOXOrubicina (DOXO), un fármaco utilizado en la terapia anti cáncer, el cual es muy eficaz para atacar las células del tumor cerebral in vitro, pero con un uso clínico limitado por la poca entrega a través de la barrera hematoencefálica (BBB) y por la resistencia propia de los tumores. Por otra parte las células de BBB y las células del tumor cerebral tienen también proteínas superficiales, como el receptor de la lipoproteína de baja densidad (LDLR), que podría utilizarse como blanco terapéutico en BBB y tumores cerebrales. Es asi como la importancia de este estudio se basa en la generación de estrategias terapéuticas que promuevan el paso de las drogas a través de la barrera hematoencefalica y tumoral, y a su vez, se reconozcan mecanismos celulares que induzcan el incremento en la expresión de los transportadores ABC, de manera que puedan ser utilizados como blancos terapéuticos.Este estudio demostró que el uso de una nueva estrategia basada en el “Caballo de Troya”, donde se combina la droga DOXOrubicina, la cual es introducida dentro de un liposoma, salvaguarda la droga de manera que se evita su reconocimiento por parte de los transportadores ABC tanto de la BBB como de las células del tumor. La construcción del liposoma permitió utilizar el receptor LDLR de las células asegurando la entrada a través de la BBB y hacia las células tumorales a través de un proceso de endocitosis. Este mecanismo fue asociado al uso de estatinas o drogas anticolesterol las cuales favorecieron la expresión de LDLR y disminuyeron la actividad de los transportadores ABC por nitración de los mismos, incrementando la eficiencia de nuestro Caballo de Troya. Por consiguiente demostramos que el uso de una nueva estrategia o formulación denominada ApolipoDOXO más el uso de estatinas favorece la administración de fármacos a través de la BBB, venciendo la resistencia del tumor y reduciendo los efectos colaterales dosis dependiente de la DOXOrubicina. Además esta estrategia del "Caballo de Troya", es un nuevo enfoque terapéutico que puede ser considerado como una nueva estrategia para aumentar la eficacia de diferentes fármacos en varios tumores cerebrales y garantiza una alta eficiencia incluso en un medio hipóxico,característico de las células cancerosas, donde la expresión del transportador Pgp se vió aumentada. Teniendo en cuenta la relación entre algunas vías de señalización reconocidas como moduladores de la actividad de Pgp, este estudio presenta no solo la estrategia del Caballo de Troya, sino también otra propuesta terapéutica relacionada con el uso de Temozolomide más DOXOrubicina. Esta estrategia demostró que el temozolomide logra penetrar la BBB por que interviene en la via de señalización de la Wnt/GSK3/β-catenina, la cual modula la expresión del transportador Pgp. Se demostró que el TMZ disminuye la proteína y el mRNA de Wnt3 permitiendo plantear la hipótesis de que la droga al disminuir la transcripción del gen Wnt3 en células de BBB, incrementa la activación de la vía fosforilando la β-catenina y conduciendo a disminuir la β-catenina nuclear y por tanto su unión al promotor del gen mdr1. Con base en los resultados este estudio permitió el reconocimiento de tres mecanismos básicos relacionados con la expresión de los transportadores ABC y asociados a las estrategias empleadas: el primero fue el uso de las estatinas, el cual condujo a la nitración de los transportadores disminuyendo su actividad por la via del factor de transcripción NFκB; el segundo a partir del uso del temozolomide, el cual metila el gen de Wnt3 reduciendo la actividad de la via de señalización de la la β-catenina, disminuyendo la expresión del transportador Pgp. El tercero consistió en la determinación de la relación entre el eje RhoA/RhoA quinasa como un modulador de la via (no canónica) GSK3/β-catenina. Se demostró que la proteína quinasa RhoA promovió la activación de la proteína PTB1, la cual al fosforilar a GSK3 indujo la fosforilación de la β-catenina, lo cual dio lugar a su destrucción por el proteosoma, evitando su unión al promotor del gen mdr1 y por tanto reduciendo su expresión. En conclusión las estrategias propuestas en este trabajo incrementaron la citotoxicidad de las células tumorales al aumentar la permeabilidad no solo de la barrera hematoencefálica, sino también de la propia barrera tumoral. Igualmente, la estrategia del “Caballo de Troya” podría ser útil para la terapia de otras enfermedades asociadas al sistema nervioso central. Por otra parte estos estudios indican que el reconocimiento de mecanismos asociados a la expresión de los transportadores ABC podría constituir una herramienta clave en el desarrollo de nuevas terapias anticáncer.
dc.description.abstractMalignant gliomas represent one of the most aggressive forms of Central Nervous System (CNS) tumors. According to the WHO classification of brain tumors, astrocytomas have been categorized into four grades, determined by the underlying pathology. Malignant (or highgrade) gliomas include anaplastic glioma (WHO grade III) as well as glioblastoma multiforme (GBM; WHO grade IV). These are the most aggressive brain tumors with the worst prognosis (1). The therapeutic management of CNS tumors is based on surgery, radiotherapy and chemotherapy, depending on the characteristics of the tumor, the clinical stage and age (2), (3), however none of the standard treatments is completely safe and compatible with an acceptable quality of life (3), (4). Chemotherapy is the first choice in disseminated tumors, like invasive glioblastoma, high-risk medulloblastoma or multiple metastasis, but the prognosis in these patients is very poor (2),(3). New targeted therapies (2), anti-angiogenic therapies (3), (4) or gene therapies show a real benefit only in limited groups of patients with known specific molecular defects (4). Thereby, the development of new pharmacological therapies for brain tumors is mandatory. Malignant gliomas are frequently chemoresistant and this resistance seems to depend on at least two mechanisms: first, the poor penetration of many anticancer drugs across the blood-brain barrier (BBB), the blood-cerebrospinal fluid barrier (BCSFB) and the blood-tumor barrier (BTB), due to their interaction with several ATP-binding cassette (ABC) drug efflux transporters that are overexpressed by the endothelial or epithelial cells of these barriers. Second, ABC drug efflux transporters in tumor cells confer multidrug resistance (MDR) on several other solid tumors; they are present on CNS tumors too and their role in gliomas is under investigation (5). Drug delivery across the blood-brain barrier (BBB) is one of the vital problems in targeted therapy treatments. Recent studies have shown that some small molecules used in these therapies are substrates of Pglycoprotein (Pgp), as well as other efflux pumps like multidrug resistance-related proteins (MRPs) and breast-cancer resistance related protein (BCRP), which extrude several anticancer drugs and will not allow drugs to reach the tumor (1). DOXOrubicin (DOXO), a drug widely used in anti-cancer therapy, is a substrate of Pgp and BCRP, and it is very effective to attack the vitro brain tumor cells, but has a limited clinical use for its low delivery across BBB and the resistance of tumors. On the other hand BBB cells and brain tumor cells also have surface proteins, such as Low Density Lipoprotein Receptor (LDLR), which could be used as a therapeutic target. The importance of this study is based on the generation of therapeutical strategies to promote the passage of drugs through the BBB and the intratumoral accumulation, and at the same time, on the analysis of cellular mechanisms that induce increased expression of ABC transporters, to be used as therapeutic targets. In this work we demonstrated that the use of a new strategy based on the "Trojan horse", which combines DOXOrubicin introduced into a liposome, could safeguards the drug to prevent its recognition by the ABC transporters in both the BBB and the tumor cells. The construction of liposome allowed using the LDLR receptor cells as docking receptor, ensuring the entrance through the BBB and into the tumor cells through a process of endocytosis. This mechanism was associated with the use of statins, anti-cholesterol drugs which favoured the expression of LDLR and decreased the activity of ABC transporters, increasing the efficiency of our Trojan horse. Accordingly, I demonstrated that the use of a new DOXOrubicin liposomal formulation mimicking LDLs, called ApolipoDOXO, further favors drug delivery through the BBB, overcoming the resistance of tumor and reducing the side effects of DOXOrubicin dose. In addition this strategy can be considered as a new strategy to increase the effectiveness of different drugs in several brain tumors and ensures high efficiency even in a hypoxic environment, characteristic of cancer cells, where the expression of Pgp transporter was increased. Taking advantage of another signaling pathway recognized as a modulator of Pgp activity this study presents not only the strategy of the Trojan horse, but also a second therapeutic proposal related to the use of Temozolomide plus DOXOrubicin. This strategy showed that temozolomide (TMZ) penetrated the BBB in a way involved the Wnt/GSK3/β-catenin signaling pathway, which modulates the expression of Pgp transporter. It was demonstrated that the TMZ reduces Wnt3 protein and mRNA allowing raising the hypothesis that this drug decreases Wnt3 gene transcription in BBB cells, decreasing β-catenin pathway activation by its phosphorylation, reducing β-catenin nuclear translocation and binding to the promoter of the mdr1 gene. Taking together the results of this study allowed the recognition of three basic mechanisms related to the down-regulation of Pgp and associated strategies: the first was the use of statins, which led to the transporter nitration decreasing its activity by NFκB pathway; the second one was based on the use of temozolomide, which by methylating Wnt3 gene reduces the activity of the β-catenin signaling pathway, decreasing the expression of Pgp transporter; the third one consisted on the cross-talk between the Wnt/GSK3/β-catenin axis and the Wnt/RhoA/RhoA kinase as a modulator of mdr1 transcription: we demonstrated that RhoA protein kinase promoted the activation of the protein PTB1, which by phosphorylating GSK3 induced phosphorylation of β-catenin, priming it for destruction by the proteasome, avoiding the binding to the promoter of the mdr1 gene and therefore reducing Pgp expression. In conclusion, the therapeutic startegies proposed in this work increased the cytotoxicity of tumour cells by increasing permeability not only in the BBB, but also in tumor barrier. Also, the "Trojan horse" strategy could be useful for the therapy of other diseases associated with the central nervous system. On the other hand, these studies indicate that recognition of mechanisms associated with the expression of ABC transporters could be a key tool in the development of new anti-cancer therapies.
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.language.isospa
dc.sourceinstname:Universidad del Rosario
dc.sourcereponame:Repositorio Institucional EdocUR
dc.subjectGlioblastoma
dc.subjecttransportadores ABC
dc.subjectDoxorubicina
dc.subjectTemozolomide
dc.subjectHipoxia
dc.subjectPgp
dc.subject.ddcEnfermedades 
dc.subject.lembCerebro::Neoplasmas
dc.subject.lembOncología
dc.subject.lembCiencias biomédicas
dc.subject.lembFarmacología oncológica
dc.titleA "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors
dc.typedoctoralThesis
dc.publisherUniversidad del Rosario
dc.creator.degreeDoctor en Ciencias Biomédicas
dc.publisher.programDoctorado en Ciencias Biomédicas
dc.publisher.departmentFacultad de Ciencias Naturales y Matemáticas
dc.subject.keywordGlioblastoma
dc.subject.keywordABC transporters
dc.subject.keywordHypoxia
dc.subject.keywordDoxorubicin
dc.subject.keywordTemozolomide
dc.subject.keywordPgp
dc.rights.accesRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.type.spaTesis de doctorado
dc.rights.accesoAbierto (Texto completo)
dc.type.hasVersioninfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
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