Un antiossidante presente nel tè verde può aumentare i livelli di p53, una proteina antitumorale naturale, nota come “guardiana del genoma” per la sua capacità di riparare i danni al DNA o distruggere le cellule cancerose.
Pubblicato oggi su Nature Communications, uno studio sull’interazione diretta tra p53 e il composto del tè verde, epigallocatechina gallato (EGCG), punta a un nuovo obiettivo per la scoperta di farmaci contro il cancro.
“Entrambe le molecole p53 ed EGCG sono estremamente interessanti. Le mutazioni in p53 si trovano in oltre il 50% del cancro umano, mentre l’EGCG è il principale antiossidante nel tè verde , una bevanda popolare in tutto il mondo “, ha detto Chunyu Wang, autore corrispondente e professore di scienze biologiche presso il Rensselaer Polytechnic Institute.
“Ora scopriamo che esiste un’interazione diretta e precedentemente sconosciuta tra i due, che punta a un nuovo percorso per lo sviluppo di farmaci anti-cancro. Il nostro lavoro aiuta a spiegare come l’EGCG è in grado di aumentare l’attività anti-cancro di p53, aprendo la porta allo sviluppo di farmaci con composti simili all’EGCG “.
Wang, membro del Rensselaer Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies, è un esperto nell’uso della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare per studiare meccanismi specifici nella malattia di Alzheimer e nel cancro, inclusa la p53, che ha descritto come “probabilmente la proteina più importante nel cancro umano. “
P53 ha diverse ben note funzioni anti-cancro, tra cui l’arresto della crescita cellulare per consentire la riparazione del DNA, l’attivazione della riparazione del DNA e l’inizio della morte cellulare programmata, chiamata apoptosi, se il danno al DNA non può essere riparato. Un’estremità della proteina, nota come dominio N-terminale, ha una forma flessibile e, pertanto, può potenzialmente svolgere diverse funzioni a seconda della sua interazione con più molecole.
L’EGCG è un antiossidante naturale, il che significa che aiuta a riparare i danni quasi costanti causati dall’utilizzo del metabolismo dell’ossigeno. Trovato in abbondanza nel tè verde, EGCG è anche confezionato come integratore a base di erbe.
Il team di Wang ha scoperto che l’interazione tra EGCG e p53 preserva la proteina dalla degradazione. In genere, dopo essere stato prodotto all’interno del corpo, la p53 viene rapidamente degradata quando il dominio N-terminale interagisce con una proteina chiamata MDM2. Questo ciclo regolare di produzione e degradazione mantiene i livelli di p53 a una costante bassa.
“Sia EGCG che MDM2 si legano nello stesso punto su p53, il dominio N-terminale, quindi EGCG compete con MDM2”, ha detto Wang. “Quando l’EGCG si lega con la p53, la proteina non viene degradata attraverso l’MDM2, quindi il livello di p53 aumenterà con l’interazione diretta con l’EGCG, e questo significa che c’è più p53 per la funzione anti-cancro. Questa è un’interazione molto importante. “
“EGCG lega il dominio N-terminale intrinsecamente disordinato di p53 e interrompe l’interazione p53-MDM2” è stato pubblicato con il sostegno di più sovvenzioni del National Institutes of Health. A Rensselaer, Wang è stato affiancato nella ricerca da Lauren Gandy, Weihua Jin, Lufeng Yan, Xinyue Liu e Yuanyuan Xiao.
Il primo autore Jing Zhao è un ex membro del laboratorio di Wang, ora docente presso la China Agricultural University di Pechino, in Cina. Il primo autore Alan Blaney è un MD-Ph.D. studente presso Upstate Medical University.
I ricercatori hanno anche contribuito dal SUNY Upstate Medical Center; l’Università del Massachusetts, Amherst; Università di New York; la State University di New York a Binghamton; NYU Shanghai; e Merck Research Laboratories.
Il tè è una delle bevande più consumate in tutto il mondo ed è disponibile in varie forme. Il tè verde è più ricco di antiossidanti rispetto ad altre forme di tè. Il tè è composto da polifenoli, caffeina, minerali e tracce di vitamine, aminoacidi e carboidrati.
La composizione del tè varia a seconda del processo di fermentazione impiegato per produrlo. I fitochimici presenti nel tè verde sono noti per stimolare il sistema nervoso centrale e mantenere la salute generale negli esseri umani. L’invecchiamento della pelle è un processo complesso mediato da fattori intrinseci come la senescenza, insieme a danni estrinseci indotti da fattori esterni come l’esposizione cronica all’irradiazione ultravioletta (UV )—
Un processo noto come fotoinvecchiamento: che può portare a eritema, edema, scottature solari, iperplasia, invecchiamento precoce e sviluppo di tumori della pelle non melanoma e melanoma. I raggi UV possono causare danni alla pelle direttamente, attraverso l’assorbimento di energia da parte delle biomolecole, o indirettamente, mediante una maggiore produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e specie reattive dell’azoto (RNS).
Le sostanze fitochimiche del tè verde sono una potente fonte di candidati antiossidanti esogeni che potrebbero annullare l’eccesso di ROS e RNS endogeni all’interno del corpo e quindi diminuire l’impatto del fotoinvecchiamento. Diversi studi in vivo e in vitro suggeriscono che l’integrazione di tè verde aumenta il contenuto di fibre di collagene ed elastina e sopprime la produzione dell’enzima MMP-3 di degradazione del collagene nella pelle, conferendo un effetto antirughe.
Il meccanismo preciso alla base dell’effetto anti-fotoinvecchiamento del tè verde non è stato ancora esplorato. Gli studi che utilizzano il modello del verme hanno suggerito che l’estensione della durata media del tè verde dipende dal percorso DAF-16. Oltre a questo, è stato segnalato che il tè verde ha proprietà di resistenza allo stress e neuroprotettive. La sua attività di ROS scavenging lo rende un potente mediatore dello stress, in quanto può anche regolare lo stress indotto dagli ioni metallici. È noto che i polifenoli del tè possono indurre l’espressione di diversi enzimi antiossidanti e ostacolare il danno ossidativo del DNA.
Prove crescenti suggeriscono che il tè verde può anche essere usato come potenziale agente per mediare le malattie neurodegenerative, incluso il morbo di Alzheimer. Si è scoperto che l’EGCG, un’abbondante catechina nel tè, sopprime la neurotossicità indotta da Aβ poiché attiva la glicogeno sintasi chinasi-3β (GSK-3β), insieme all’inibizione di c-Abl / FE65, la tirosin chinasi citoplasmatica non recettrice che è coinvolta nel sviluppo del sistema nervoso e nella traslocazione nucleare.
Inoltre, i polifenoli del tè verde inducono l’autofagia, rivitalizzando così la salute generale dell’organismo che lo consuma. Il tè verde è stato in grado di attivare l’autofagia negli xenografi HL-60 aumentando l’attività della PI3 chinasi e BECLIN-1. Questo manoscritto descrive le proprietà anti-fotoinvecchiamento, resistenza allo stress, neuroprotettive e autofagiche di uno degli alimenti funzionali più conosciuti: il tè verde.
link di riferimento: doi: 10.3390 / nu11020474
Il cancro al seno è tra i tumori ginecologici più comuni in tutto il mondo, che, nonostante i progressi del trattamento, la mortalità associata al cancro al seno è ancora la seconda causa di morte per cancro tra le donne negli Stati Uniti [1]. Oltre alla terapia ormonale e alla chemioterapia e radioterapia, le strategie terapeutiche si stanno concentrando su composti derivati dalla dieta che stanno mostrando un potenziale promettente.
Tali fattori dietetici sono i polifenoli, membri di una grande famiglia di composti fitochimici presenti in quasi tutti gli alimenti vegetali, in particolare nella frutta, verdura, caffè e tè. I polifenoli più ampiamente studiati nella ricerca sul cancro sono le catechine del tè, che tra gli altri includono (-) – epigallocatechina 3-gallato (EGCG) e (+) – catechina [2]. Ad esempio, studi epidemiologici hanno indicato un’associazione tra consumo di tè e diminuzione del rischio di cancro al seno [3, 4].
L’attività antitumorale delle catechine del tè è stata attribuita ad alterazioni di varie vie intracellulari della cellula cancerosa, quasi tutte innescate principalmente dalla potenza antiossidante dei composti. La riduzione delle specie reattive dell’ossigeno intracellulari (ROS) altamente richieste dalle cellule tumorali sopprime la cancerogenesi [5].
Questa riduzione è il risultato dell’azione diretta di lavaggio delle catechine sui radicali liberi [6], nonché all’aumento indiretto degli enzimi antiossidanti endogeni, come la catalasi e la superossido dismutasi (SOD) [7]. Questi eventi portano gradualmente alla stimolazione della riparazione del DNA e dell’apoptosi delle cellule di cancro al seno [8] e all’inibizione della metilazione del DNA [9], dell’angiogenesi [10] e delle metastasi [11].
Sebbene tra tutte le catechine l’EGCG sia stato più ampiamente studiato nella ricerca sul cancro e sia attualmente testato in 37 studi clinici, presenta dei limiti in quanto può subire autoossidazione [12] e innescare tossicità per i tessuti normali [13], a dosi superiori a quella 800 mg / giorno [14].
D’altra parte, la (+) – catechina (cianidanolo-3) è più stabile dell’EGCG e ha il vantaggio di poter formare complessi con una o due lisine, una proprietà che può amplificare (+) – la potenza antiossidante della catechina oltre 400 volte [15] e consentirgli di inibire direttamente gli enzimi associati alla malattia come la xantina ossidasi, che è un enzima che produce superossido [16].
Complesso alla lisina, (+) – la solubilità in acqua della catechina aumenta con una carica complessivamente positiva che consente al complesso di entrare nei mitocondri ed esercitare i suoi effetti antiossidanti prevalentemente in questo sito [17]. Ciò è di particolare importanza, poiché il nostro gruppo ha precedentemente dimostrato che il superossido mitocondriale è un fattore chiave delle metastasi [18].
A sostegno di ciò, è stato dimostrato che i complessi (+) – catechina: lisina prevengono le metastasi delle cellule di melanoma nei polmoni dei topi [19] ed esercitano anche effetti anti-migratori e pro-apoptotici sulle cellule del cancro del pancreas, del colon-retto e della mammella, senza influenzare cellule normali [20].
Alla luce di questi risultati, abbiamo cercato di indagare e determinare gli effetti antitumorali e antimetastatici della (+) – catechina: dalla lisina al carcinoma mammario sperimentale, utilizzando cellule MDA-MB231 in vitro e un modello di xenotrapianto in vivo di cancro al seno, a seguito di iniezioni ortotopiche di cellule MDA-MB231 alle ghiandole mammarie di topi immunocompromessi.
Discussione
Ci sono molte prove che le catechine possono fornire uno strumento aggiuntivo per il trattamento del cancro. Resta da chiarire se possano fungere da regime terapeutico da soli o essere usati in modo complementare alle attuali terapie come la chemioterapia, resta da chiarire dagli studi clinici in corso. Tuttavia, è stato ben stabilito che le catechine hanno diverse modalità di azione antitumorale basate principalmente sulla loro capacità di ridurre i livelli di ROS intracellulari.
Le cellule cancerose mantengono grandi pool di ROS intracellulari a causa dei loro alti tassi metabolici e dell’attivazione dell’oncogene e per la loro maggiore capacità di proliferare. Sebbene sia ancora in corso un dibattito se lo scavenging o l’induzione dei ROS sia invece il modo corretto per combattere il cancro [26], i ROS nelle cellule tumorali sono considerati oncogeni poiché innescano danni al DNA oncogeni, ma possono anche promuovere la resistenza agli anoikis, consentendo così la metastasi [27 ]. In base alla loro attività antiossidante, è stato dimostrato che le catechine esercitano effetti antiestrogenici [28], antiangiogenici [29] [30], antiproliferativi [8] e pro-apoptotici [31] nei modelli di cancro al seno.
La migrazione e l’invasione delle cellule tumorali costituiscono passaggi chiave per il processo di metastasi. È stato dimostrato che le catechine bloccano parzialmente tutti questi eventi in vari modelli in vitro di cancro al seno. Ad esempio, è stato dimostrato che EGCG sopprime il processo EMT e inibisce l’angiogenesi, la migrazione cellulare e l’invasione in vitro [10].
Sebbene ci siano molte prove degli effetti antimetastatici in vitro delle catechine, esiste una letteratura limitata sulla capacità antimetastatica in vivo delle cellule di cancro al seno, come evidenziato anche da una recente revisione sull’argomento [32]. Nel modello di xenotrapianto MDA-MB231, l’EGCG ha dimostrato di inibire la crescita del tumore primario, ma gli autori non hanno fornito alcuna prova di inibizione delle metastasi [33].
Piuttosto, abbiamo precedentemente dimostrato che (+) – catechina: lisina 1: 2 inibisce la metastasi delle cellule di melanoma nei topi ma le cellule sono state trattate con il farmaco prima dell’infusione nel flusso sanguigno dei topi, deviando così dal punto di vista farmacologico del trattamento. Per il cancro al seno, gli studi più rilevanti che rivelano l’azione antimetastatica dei polifenoli si sono concentrati su integratori polifenolici combinati, come estratti di tè verde [11] e uva [34], piuttosto che singole catechine da sole.
Pertanto, eventuali dati aggiuntivi sugli effetti isolati della catechina sulle metastasi del cancro al seno sono fondamentali per la comprensione dei loro benefici contro questo processo di progressione del cancro.
Poiché il superossido mitocondriale è visto come il fattore per l’inizio della metastasi [18], lo studio delle proprietà antitumorali delle frazioni (+) – catechine complessate ai residui di lisina è di crescente interesse, poiché questi possono rimuovere selettivamente il superossido mitocondriale [17]. Le prove degli effetti di questi complessi provengono principalmente dal nostro laboratorio e dai nostri collaboratori.
In particolare, i complessi (+) – catechina: lisina hanno dimostrato di essere più efficaci scavenger di superossido rispetto all’EGCG, sulla base di studi che utilizzano sonde DCFDA in cellule di cancro cervicale umano [19]. Risultati simili abbiamo ottenuto nelle cellule MDA-MB231 mediante analisi citometrica a flusso utilizzando sonde MitoSOX che sono rivelatori di superossido mitocondriale specifici, assicurando così che il complesso agisca all’interno dei mitocondri (dati non mostrati).
Dati recenti dal laboratorio del collaboratore hanno indicato che (+) – catechina: lisina 1: 2 sta inibendo la migrazione delle cellule di cancro al seno MDA-MB231, mediante meccanismi che coinvolgono l’inibizione della via JAK / STAT e della segnalazione Wnt, oltre a promuovere l’apoptosi. In quello studio, la concentrazione di (+) – catechina: lisina 1: 2 che si è dimostrata efficace era la dose di 1 mmol / L per 24 ore.
Qui, presentiamo una scansione completa di una gamma di concentrazioni e dimostriamo che la nostra dose efficace di (+) – catechina: lisina 1: 2 è da 5 a 10 volte inferiore a quella dello studio, escludendo ogni possibile effetto tossico del composto alle cellule, e che questa concentrazione si è dimostrata affidabile in termini che questo può essere raggiunto nel plasma di topi a cui è stato somministrato per via orale il complesso. L’inibizione della segnalazione Wnt e della via JAK / STAT è stata segnalata in risposta ai trattamenti con catechine [31, 35] e può rappresentare un effetto comune delle catechine nelle cellule di cancro al seno.
Dimostriamo anche che (+) – catechina: lisina 1: 2 inibisce l’invasione delle cellule MDA-MB231 insieme alla migrazione, in modo dose-dipendente, indicando potenziali marcatori responsabili di questi eventi, come l’induzione della risposta allo stress ER e la segnalazione di p38 e ridotta vitalità, come evidente dalla ridotta fosforilazione di Akt.
Risultati simili nelle cellule di cancro al seno sono stati ottenuti in risposta ai trattamenti EGCG [36, 37]. Abbiamo precedentemente dimostrato che la segnalazione dello stress ER può indurre JNK e apoptosi indotta da p38 [38] e questo potrebbe essere probabilmente il caso qui, un’ipotesi che attende la verifica.
Inoltre, il fatto che in un trattamento prolungato (72 ore) con (+) – catechina: lisina 1: 2 si perde l’evento di sovraregolazione GRP78 (Fig. 2C, 2E) suggerisce che lo stress ER può essere un evento iniziale durante il trattamento e successivamente le cellule sono entrate nel percorso apoptotico, senza necessità di sovraregolare GRP78.
Inoltre, durante i trattamenti in vitro delle cellule MDA-MB231, abbiamo scoperto che i marcatori associati alle metastasi erano deregolamentati, poiché la fosforilazione di pyk2 e i livelli di SNAIL erano ridotti. Allo stesso tempo, la fosforilazione di p38 è stata notevolmente aumentata. Da notare, il pyk 2 (chiamato anche chinasi di adesione focale 2; FAK2) è una tirosin chinasi citoplasmatica ROS sensibile che svolge un ruolo nell’adesione cellulare ed è concepita come marker metastatico in varie forme di cancro umano [39], compreso il cancro al seno negli esseri umani [40].
Allo stesso modo, SNAIL, è un fattore di trascrizione che può essere indotto in risposta al danno del DNA nel cancro al seno e innescare metastasi [41], sebbene l’induzione di metastasi nelle cellule MDA-MB231 sia principalmente guidata da SLUG [42]. Inoltre, sebbene la MAPK p38 inducibile dallo stress abbia effetti altamente discutibili sulla progressione del tumore [43], è stato dimostrato che può inibire le metastasi del cancro al seno [44].
Senza aver misurato gli effetti diretti della (+) – catechina: lisina 1: 2 direttamente sui parametri di danno al DNA, tutti i nostri dati in vitro, presi insieme, consentono di supporre che il complesso inneschi p38-mediato (indotto sia da Stress ER o danno al DNA) inibizione della proliferazione e diminuzione del potenziale metastatico delle cellule MDA-MB231.
Nel tentativo di convalidare gli effetti della (+) – catechina: lisina 1: 2 sulla crescita del tumore primario in seguito alla somministrazione acuta del farmaco, abbiamo osservato un forte aumento dei livelli di fosforilazione di p53 e p38, associato alla diminuzione del marker di vitalità p-Akt e maggiore aree necrotiche al centro dei tumori.
I risultati dell’esperimento di somministrazione cronica con dosi inferiori (+) – catechina: lisina 1: 2 hanno rivelato che il pattern necrotico lascia il posto all’apoptosi, con evidenti aumenti di p53. P53 è una proteina soppressore del tumore [8] che può mediare gli effetti antimetastatici sulle cellule di cancro al seno [45], essendo anche in grado di inibire l’EMT tramite l’inibizione della via della β-catenina [46].
Ad esempio, in precedenza abbiamo dimostrato che (+) – catechina: lisina 1: 2 inibisce il segnale Wnt nelle cellule MDA-MB231 [20], quindi questo potrebbe essere attribuito ai livelli di p53 migliorati qui riportati. L’assenza di un effetto del farmaco sulle metastasi polmonari, insieme ai risultati inaspettati di aumentati livelli dei marcatori metastatici pyk2 e SNAIL, senza tuttavia un effetto sui livelli di E-caderina, ci induce a sospettare che p53 giochi un ruolo chiave in questi osservazioni.
È interessante notare che sia pyk2 [47] che SNAIL [48] hanno dimostrato di inibire direttamente p53 per promuovere la progressione del cancro e le metastasi e quindi presumiamo che gli aumenti di p53 siano un segnale di risposta allo stress ai tumori che causa la sovraregolazione di pyk2 e SNAIL per superare lo stress. Gli aumenti di SNAIL, d’altra parte, potrebbero spiegare l’inibizione di p21 come descritto in precedenza [49] e potrebbero essere probabilmente il caso per l’osservazione pertinente nell’esperimento di somministrazione acuta.
Da notare, l’inibizione dell’apoptosi è la funzione oncogenica più nota di p21. Le direzioni di ricerca aggiornate comprendono uno schema terapeutico basato sulla sovraespressione di p53 wild type con sottoregolazione di p21 [50], ei risultati del nostro studio dimostrano che (+) – catechina: lisina 1: 2 segue quel modello. A questo punto, è difficile prevedere se è mutata o wild-type la proteina p53 per la quale stiamo mostrando gli aumenti e come ciò influenzi la risposta complessiva del tumore.
Il lavoro qui descritto fornisce il primo tentativo di caratterizzare gli effetti antitumorali di (+) – catechina: lisina 1: 2 in un modello di xenotrapianto, rivelando che sebbene in vitro sopprima i processi metastatici e la crescita cellulare, l’inibizione delle metastasi in vivo è assente. È importante notare alcune limitazioni di questo studio.
Questi includono le concentrazioni di dosaggio selezionate degli animali, la durata degli esperimenti in vivo e i punti temporali per il rilevamento delle metastasi polmonari. Le alterazioni di questi parametri possono avere un grande impatto sui risultati. Inoltre, non abbiamo testato il rilevamento di metastasi ad altri organi, come fegato e ossa, siti, mentre il trattamento con polifenoli può preferibilmente influenzare nei modelli di xenotrapianto MDA-MB231 [34], piuttosto che nei polmoni.
Infine, nel nostro studio, non siamo entrati nel dettaglio nella valutazione di tutti i marcatori metastatici, poiché l’obiettivo principale era quello di chiarire se il complesso esercita un’attività antitumorale e antimetastatica diretta in vivo. Una conclusione più accurata può essere fatta su una scansione completa dei marcatori di metastasi, test di danno al DNA e analisi della segnalazione MAPK utilizzando inibitori.
Finora, tuttavia, possiamo concludere che un asse pyk2 / SNAIL / p21 mediato da p53 spiega la positività degli esiti per quanto riguarda il tumore primario e anche la mancanza di inibizione delle metastasi da parte di (+) – catechina: lisina 1: 2 e noi indichiamo la nostra ricerca si concentra sulle catechine in quella direzione.
link di riferimento: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.02.01.429090v1.full
Maggiori informazioni: Nature Communications (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-21258-5
