Efectos fisiológicos y bioquímicos inducidos por las sales cuaternarias de amonio fluoradas (SCAF) y no fluoradas (SCA no F) en líneas celulares de cáncer colorrectal (CCR) con fenotipo pre-metastásico (SW948), metastásico in situ (SW48) y metastásico invasivo (SW620)

Abstract

RESUMEN: El cáncer colorrectal (CCR) es una enfermedad características heterogéneas y de origen multifactorial que involucran alteraciones genéticas y la consecuente modulación de rutas metabólicas específicas. Esta patología se sitúa como el tercer tipo de cáncer más prevalente y la segunda con la mayor tasa de mortalidad en el mundo. Las alternativas terapéuticas para el tratamiento del CCR se basan en el uso de terapias sistémicas mediante la administración de quimioterapia, terapia biológica o inmunoterapia; sin embargo, estas intervenciones presentan algunas desventajas, tales como la alta toxicidad, altos costos, uso de infraestructura de alta complejidad, ocurrencia de complicaciones post operatorias y efectos secundarios adversos al uso de fármacos quimioterapéuticos. Por estas razones, se hace necesaria la búsqueda de nuevas alternativas terapéuticas ya sea con nuevas entidades químicas que sean capaces de inducir la muerte de células tumorales idealmente de manera específica. Las sales cuaternarias de amonio fluoradas (SCAF) son un grupo de moléculas que pertenecen al grupo de los líquidos iónicos muy utilizados en la industria farmacéutica ya que tienen diversas propiedades biológicas incluyendo la actividad antitumoral, dado a que poseen un catión de amonio cuaternario y algunas poseen colas hidrofóbicas que permiten generar eventos citotóxicos. El presente trabajo tuvo como objetivo elucidar los efectos fisiológicos y bioquímicos inducidos por las SCAF y SCA no fluoradas (SCA no F) en líneas celulares de CCR con fenotipo pre-metastasico (SW948), metastásico in situ (SW48) y metastásico invasivo (SW620). Para las diferentes líneas celulares inicialmente se realizó una búsqueda en bases de datos y la literatura acerca de sus características genéticas y epigenéticas, además, un análisis in silico de las características fisicoquímicas y farmacologicas de 14 SCA y dos SCA no F. Luego se evaluó el efecto de estas sales en la viabilidad celular y para las SCAF 5, 11 y 13, como también, el efecto en la inducción de muerte celular según la ocurrencia de la fragmentación del ADN, alteraciones en el potencial de membrana mitocondrial (ΔΨm) y la exposición de fosfatidil serina en la membrana celular. Por último, mediante un análisis de metabolómica no dirigida se evaluó la capacidad de las SCAF 11 y 13 para alterar metabolitos energéticos, ácidos grasos, fosfolípidos ubicados en la membrana celular, envueltos en la dinámica de la bicapa lipídica y a nivel citoplásmatico, así como aminoácidos, que regulan procesos de supervivencia celular en el metaboloma de la línea celular de CCR con fenotipo metastásico invasivo (SW620).

Los resultados obtenidos sugieren que las SCAFs tiene un mayor potencial citotóxico en relación con las SCA no F en células derivadas de CCR, fibroblastos de piel Detroit 551, PMBCs y tejido colorrectal murino; las SCAF 5, 11 y 13 generan además, cambios en el ciclo celular de células de CCR en diferentes estadios alterando el potencial de membrana mitocondrial y sugiriendo un fenotipo de muerte probablemente por apoptosis o necrósis. Por último, las SCAF 11 y 13 posiblemente tienen la capacidad para alterar metabolitos en vías bioquímicas tales como: i) la biosíntesis de pantotenato y CoA; ii) tirosina; iii) los metabolismos de pirimidinas; iv) taurina e hipotaurina; v) N-Glicanos; vi) valina, leucina e isoleucina; vii) glutatión; viii) ácidos biliares primarios; y ix) metabolismo de amino azúcar y azúcares en nucleótidos. Todas estas vías regulan procesos de supervivencia celular en el metaboloma celular. En conclusión, los resultados del presente trabajo sugieren que las SCAF 11 y 13, podrían ser unos candidatos para el desarrollo de alternativas terapéuticas en el tratamiento del CCR.

ABSTRACT: Colorectal cancer (CRC) is a disease of multifactorial origin that involves genetic alterations and the consequent modulation of specific metabolic pathways. This pathology is the third most prevalent type of cancer and the second with the highest mortality rate in the world. Therapeutic alternatives for the treatment of CRC are based on the use of systemic therapies through the administration of chemotherapy, biological therapy or immunotherapy; However, these interventions present some disadvantages, such as high toxicity, high costs, use of highly complex infrastructure, occurrence of postoperative complications and adverse side effects from the use of chemotherapeutic drugs. For these reasons, it is necessary to search for new therapeutic alternatives, with new chemical entities that are capable of inducing the death of tumor cells, ideally in a specific manner. Fluorinated quaternary ammonium salts (SCAF) are a group of molecules that belong to the group of ionic liquids widely used in the pharmaceutical industry since they have various biological properties including antitumor activity, given that they have a quaternary ammonium cation and some have hydrophobic tails that allow them to generate cytotoxic events. The objective of this work was to elucidate the physiological and biochemical effects induced by SCAF and non-fluorinated SCA (non-F SCA) in CRC cell lines with pre-metastatic (SW948), in situ metastatic (SW48) and invasive metastatic (SW620) phenotypes. For the different cell lines, a search was initially carried out in databases and the literature about their genetic and epigenetic characteristics, in addition, an in silico analysis of the physicochemical and pharmacological characteristics of 14 SCA and two non-F SCA. The effect of these salts on cell viability for SCAF 5, 11 and 13, as well as the effect on the induction of cell death according to the occurrence of DNA fragmentation, alterations in the mitochondrial membrane potential (ΔΨm) and the exposure of phosphatidyl serine in the cell membrane. Finally, through a non-targeted metabolomics analysis, the ability of SCAFs 11 and 13 to alter energy metabolites, fatty acids, phospholipids located in the cell membrane, involved in the dynamics of the lipid bilayer and at the cytoplasmic level, as well as amino acids, was evaluated. , which regulate cell survival processes in the metabolome of the CRC cell line with invasive metastatic phenotype (SW620). The results obtained suggest that SCAFs have a greater cytotoxic potential in relation to non-F SCAs in cells derived from CRC, Detroit 551 skin fibroblasts, PMBCs and murine colorectal tissue; SCAF 5, 11 and 13 also generate changes in the cell cycle of CRC cells in different stages, altering the mitochondrial membrane potential and suggesting death by apoptosis. Finally, SCAFs 11 and 13 possibly have the capacity to alter metabolites in biochemical pathways such as: i) pantothenate and CoA biosynthesis; ii) tyrosine; iii) pyrimidine metabolisms; iv) taurine and hypotaurine; v) N-Glycans; vi) valine, leucine and isoleucine; vii) glutathione; viii) primary bile acids; and ix) metabolism of amino sugar and sugars into nucleotides. All of these pathways regulate cell survival processes in the cellular metabolome. In conclusion, the results of the present work suggest that SCAF 11 and 13 could be candidates for the development of therapeutic alternatives in the treatment of CRC.