Fenómenos mitocondriales y nucleares relacionados con la resistencia a la apoptosis. Importancia del estrés oxidativo.

Abstract

En el presente trabajo se ha estudiado la relación entre el núcleo y la mitocondria y la importancia de la compartimentación del GSH durante la resistencia a la apoptosis inducida por el tratamiento con cisplatino. Así mismo, se ha evaluado la implicancia de la proteína bcl-2 en la compartimentación del GSH como mecanismo de resistencia a la muerte por apoptosis. Para ello se ha utilizado la cepa celular MCF7 wild type y un homólogo que sobre-expresa la proteína bcl-2.<br/>Los resultados muestran que el tratamiento con cisplatino detiene las células en la fase de proliferación, lo que provocaría la detención del ciclo celular y la muerte celular por apoptosis. La proliferación celular se desarrolla dentro de un determinado rango de niveles de ROS, la detención de las células en la fase de proliferación llevaría al incremento de los niveles de ROS. A su vez, el calcio también se incrementan a causa del tratamiento y se dispone en forma de agregados posiblemente dentro de la mitocondria. Las mitocondrias cumplirían una función de protección al disminuir el calcio libre en el citoplasma. La disposición perinuclear de las mitocondrias permitiría proteger al núcleo, aislándolo de las posibles señalizaciones causadas por el incremento desmedido del ión. El aumento de los niveles de ROS y de calcio provocarían la permeabilización de la membrana mitocondrial interna, lo que induciría la apertura de los poros de permeabilidad transitoria y así se produciría la disminución del potencial de membrana mitocondrial. La alteración de la permeabilidad mitocondrial llevaría la liberación del citocromo-c al citoplasma, lo que eventualmente promovería la muerte celular por apoptosis.<br/>En respuesta al tratamiento, se modificaría la distribución de las mitocondrias y posteriormente se inducirían cambios en la morfología mitocondrial. Las mitocondrias perderían su forma tubular alargada por una puntiforme. Estos eventos constituirían estrategias de resistencia a la apoptosis. Los cambios en la distribución mitocondrial no parecen ser ocasionados por alteraciones en los microtúbulos del citoesqueleto. Por su parte, los cambios morfológicos detectados podrían relacionarse con la segregación de las mitocondrias disfuncionales. Los procesos de fusión y fisión cumplirían una función como mecanismo de control de calidad capaz de gobernar el recambio mitocondrial, esto permitiría la remoción de las mitocondrias potencialmente disfuncionales. De esta manera, las mitocondrias afectadas por el tratamiento, con un potencial de membrana despolarizado no intervendrían en eventos de fusión pero si sufrirían eventos de fisión. Se originarían mitocondrias pequeñas y despolarizadas, que podrían ser eliminadas por autofagia.<br/>Las células supervivientes presentan un mayor nivel de GSH y una clara compartimentación nuclear y mitocondrial. Mientras que en las células apoptóticas el nivel de GSH es bajo y homogéneo. Los resultados muestran que la compartimentación de GSH en el núcleo y las mitocondrias podrían ser eventos clave en la resistencia celular a la apoptosis. Es posible que el GSH pueda pasar de la mitocondria al núcleo, a través del retículo endoplasmático, dependiendo de las necesidades celulares al momento de resistir a un estímulo apoptótico. Así mismo, la sobre-expresión de la proteína bcl-2 se relaciona con la mejor resistencia al tratamiento con cisplatino. La proteína bcl-2 cumpliría un papel anti-apoptótico relacionado con la señalización y regulación de las vías de muerte celular y también podría desempeñar un papel protector ante el estrés oxidativo inducido por el cisplatino e influir en el incremento del nivel de GSH celular y su compartimentación.

The alterations of cellular redox state and calcium homeostasis during apoptosis induce the orchestrated response of nucleus and mitochondria. The mitochondrial morphology and distribution (mitochondrial fusion and fission) could represent a key factor in the nucleus-mitochondrial cross talk. Bcl-2 overexpression was demonstrated to increase nuclear glutathione concentration and thus could provide the apoptosis resistance at nuclear level, apart from its well documented effect on mitochondria. In order to elucidate the sequence of events that takes place in the cytoplasm, mitochondria and nucleus and the importance of bcl2, during apoptosis, a time course analysis of the effect of cisplatin at [10&#61549;M] and [50&#61549;M] on MCF7 cells WT and MCF7 that overexpress bcl-2 was performed. The cell cycle, ROS level and the mitochondrial transmembrane potential was studied by flow cytometry; the cellular level of reduced glutathione (GSH) by spectrophotometry, and the confocal microscopy was used to study compartmentation of GSH, mitochondrial distribution, apoptosis and calcium.<br/>Bcl-2 overexpression conferred increased apoptosis resistance. Effect on the cell cycle was doses dependent: the growth arrest occurred in G2/M phase with the [10&#61549;M] and in G0/G1 with the [50&#61549;M] cisplatin. Mitochondrial perinuclear arrangement was an early event, followed by the decrease in mitochondrial transmembrane potential. The early and doses dependent increase in calcium level was followed by its perinuclear distribution, and release to the cytoplasm. The GSH level and nuclear compartmentation were increased in the cells that showed no signs of apoptosis. All this events were delayed or less significant in MCF7 bcl-2 cells.<br/>This thesis showed that the nuclear and mitochondrial GSH compartimentation, together with the processes of mitochondrial fusion and fission represent key events in the apoptosis resistance of cancer cells. The overexpresion of the BCL-2 confers the protection from the oxidative stress induced by the cisplatin, possibly through the increase in the level of GSH and changes in its compartimentation pattern. It is possible that the GSH could translocate from the aggregated perinuclear mitochondria, through the endoplasmic reticulum to the nucleus, as a part of the successful antiapoptotic strategy.