Efecto del transmisor gaseoso sulfuro de hidrógeno (H2S) en el tratamiento fotodinámico del cáncer

Calvo, Gustavo Hernán

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Efecto del transmisor gaseoso sulfuro de hidrógeno (H2S) en el tratamiento fotodinámico del cáncer
Título alternativo:	Effect of the gasotransmitter hydrogen sulfide (H2S) in the photodynamic treatment of cancer
Autor:	Calvo, Gustavo Hernán
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Centro de Investigaciones Sobre Porfirinas y Porfirias (CIPYP)
Publicación en la Web:	2022-07-05
Fecha de defensa:	2022-04-06
Fecha en portada:	2022
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Biológica
Director:	Sáenz, Daniel Alberto
Director Asistente:	Di Venosa, Gabriela Mariana
Consejero:	Vázquez, Elba Susana
Jurado:	Cochón, Adriana Cristina; Yslas, Edith Inés; Randi, Andrea Silvana
Idioma:	Español
Palabras clave:	TERAPIA FOTODINAMICA; SULFURO DE HIDROGENO; ACIDO 5-AMINOLEVULINICO; NaHS; LINEAS CELULARES; CANCERPHOTODYNAMIC THERAPY; HYDROGEN SULFIDE; 5-AMINOLEVULINIC ACID; NaHS; CELL LINES; CANCER
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7065_Calvo
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7065_Calvo.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7065_Calvo
Ubicación:	Dep.QUI 007065
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Calvo, Gustavo Hernán. (2022). Efecto del transmisor gaseoso sulfuro de hidrógeno (H2S) en el tratamiento fotodinámico del cáncer. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7065_Calvo

Resumen:

La Terapia Fotodinámica (TFD) es un tratamiento utilizado en cáncer, infecciones bacterianas, enfermedades no malignas y otros usos no clínicos, que se basa en la activación de un fotosensibilizante (FS) con luz, y la consecuente generación de especies reactivas de oxígeno (EROs) que desencadenan daños fotoquímicos. El ácido 5-aminolevulínico (ALA) es un pro-FS, que al administrarse exógenamente aumenta la síntesis de porfirinas a través del camino biosintético del hemo. Las porfirinas son FSs y a esta terapia se la conoce como Terapia Fotodinámica basada en ALA (ALA-TFD). El sulfuro de hidrógeno (H2S) es un transmisor gaseoso, sintetizado endógenamente en los seres vivos, que en los mamíferos presenta diferencias tejido y contexto específicos. Se ha descubierto que interviene en una variedad de procesos fisiológicos como la regulación del estado redox celular, la función cardíaca, la presión arterial, la división celular, procesos cerebrales, etc. En especial, ha sido muy estudiado su efecto en la respuesta antioxidante. El objetivo de esta tesis es estudiar el efecto del H2S en el contexto de la TFD, utilizando como modelo principal dos líneas celulares de adenocarcinoma mamario murino, LM2 y LM3, y utilizando el dador inorgánico sulfuro ácido de sodio (NaHS), como fuente exógena de H2S. Se ha encontrado que el NaHS posee un efecto protector frente a la ALA-TFD en las células LM2. El NaHS tiene efecto sobre varios parámetros asociados a este resultado: aumento de niveles intracelulares de glutatión reducido (GSH), disminución de la síntesis de porfirinas a partir de ALA por inhibición de enzimas del camino biosintéticodel hemo, disminución de las EROs generadas post TFD y disminución en la oxidaciónde proteínas post TFD. El NaHS también mostró efecto protector frente a la TFD al utilizar otro FS (Clorina e6), y al ser evaluado en otras tres líneas celulares (SKOV3, IGROV1 y Raw 264.7) frente a la ALA-TFD. La línea celular LM3, en cambio, no presenta el mismo comportamiento. Si bien el NaHS aumenta los niveles intracelulares de GSH, el mismo no protege a las células frente al daño fotodinámico producido por la ALA-TFD, observándose que éste no es capaz de reducir la síntesis de porfirinas, ni la acumulación de EROs post TFD. Al analizar mediante RT-HPLC los intermediarios de porfirinas sintetizados, la línea LM2 produce exclusivamente protoporfirina IX (Pp IX) a partir de ALA, y en presencia de NaHS, no produce cantidades detectables de porfirinas. En cambio, la línea LM3 produce mayormente Pp IX, uroporfirina, y coproporifina, y en presencia de NaHS, cambia el patrón de los intermediarios producidos. A través del análisis bioinformático de bases de datos, no se pudo encontrar una correlación entre el número de copias o la actividad transcripcional de los genes de las enzimas que producen H2S y el cáncer, debido principalmente a la alta dispersión de los datos evaluados. Como conclusión, el NaHS tiene un efecto en la respuesta celular a la ALA-TFD en la mayoría de las líneas estudiadas, mediado por múltiples factores. Si bien estos resultados fueron observados en la mayoría de las líneas celulares estudiadas y con diferentes FS, una de las líneas celulares no presentó el mismo comportamiento. En la línea LM3 no se observó el efecto protector del NaHS, y esto podría deberse a que los niveles de porfirinas totales no se reducen, aunque el NaHS modifica los intermediarios sintetizados. Por primera vez, se reporta un estudio completo sobre el efecto del NaHS en la ALA- TFD, así como en la síntesis de porfirinas, y en la reacción directa con el oxígeno singlete, que es el principal agente oxidante generado durante la TFD. Estos resultados son de particular importancia en el tratamiento con ALA-TFD de tejidos que sinteticen altos niveles de H2S, o que debido a una patología aumenten su síntesis, como se ha observado en tumores de ovario y de colon. Además, podría ser objeto de estudio de otras terapias contra el cáncer que actúen a través de EROs.

Abstract:

Photodynamic therapy (PDT) is a treatment used in cancer, bacterial infections, non- malignant diseases, and other non-clinical uses, which is based on the activation of a photosensitizer (PS) with light, and the subsequent generation of reactive oxygen species (ROS). 5-aminolevulinic acid (ALA) is a pro-PS, which once administered leads to the synthesis of porphyrins through the heme biosynthetic pathway. Porphyrins are photosensitizers and this therapy is known as ALA-based Photodynamic Therapy (ALA- PDT). Hydrogen sulfide (H2S) is a gasotransmitter, synthesized endogenously in almost all living forms, which in mammals presents specific tissue and context differences in its production. It has been known to participate in a variety of physiological processes such as redox state cell regulation, heart function, blood pressure, cell division, brain processes, etc. In particular, its effect on the antioxidant response has been extensively studied. The objective of this thesis is to study the effect of H2S in the context of PDT, using the murine mammary adenocarcinoma cell lines LM2 and LM3, and the inorganic donor sodium acid sulfide (NaHS) as an exogenous source of H2S. It was found that NaHS has a protective effect against ALA-PDT in LM2 cells. NaHS affects several parameters associated with this finding: increases intracellular levels of GSH, decreases porphyrin synthesis from ALA by the inhibition of enzymes of the heme biosynthetic pathway, decreases ROS generated post-PDT and decreases protein oxidation post-PDT. NaHS also protects cells against PDT based on other PS, such as Chlorin e6, and the protective effect against ALA-PDT is also observed in three other cell lines (SKOV3, IGROV1, and Raw 264.7). The LM3 line does not show the same behaviour. Although NaHS increases intracellular GSH levels, it does not protect cells against ALA-PDT, and it is not capable of reducing porphyrin synthesis or the accumulation of ROS after PDT. When the synthesized porphyrin intermediates were analyzed by RT-HPLC, the LM2 line exclusively produces protoporphyrin IX (Pp IX) from ALA, and in the presence of NaHS, it does not produce detectable amounts of porphyrins. In contrast, the LM3 cell line produces mostly Pp IX, uroporphyrin, and coproporphyrin, but in the presence of NaHS, this pattern of porphyrins is changed. Bioinformatics analysis from data bases showed no possible correlation between the number of copies and transciptional activity of the genes that codify for the enzymes involved in H2S synthesis and cancer, and this was mainly due to the high dispersion of the data available. In conclusion, NaHS affects the effectiveness of ALA-PDT in most of the lines studied, given by several factors. Although these results were observed in most of the cell lines studied and with different PS. However, in the LM3 line, the protective effect of NaHS was not observed, and this may be ascribed to the lack of reduction of porphyrin levels, although NaHS indeed modifies the pattern of porphyrins. For the first time, a complete study is reported on the effect of NaHS on ALA-PDT, as well as on the porphyrin synthesis and its direct reaction with singlet oxygen, which is the main oxidizing agent generated during PDT. These results are of particular importance in the treatment with ALA-PDT of tissues that synthesize high levels of H2S, or that show an increase in its synthesis due to pathological reasons, as it has been verified for ovarian and colon tumours. In addition, it could be the object of study of other cancer therapies that act through ROS.

Citación:

---------- APA ----------

Calvo, Gustavo Hernán. (2022). Efecto del transmisor gaseoso sulfuro de hidrógeno (H2S) en el tratamiento fotodinámico del cáncer. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7065_Calvo

---------- CHICAGO ----------

Calvo, Gustavo Hernán. "Efecto del transmisor gaseoso sulfuro de hidrógeno (H2S) en el tratamiento fotodinámico del cáncer". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2022.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7065_Calvo

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