A "Trojan horse" strategy to reverse drug-resistance in brain tumors

Los 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.

Factores asociados a diabetes de nuevo inicio en pacientes postrasplante hepático, un estudio de casos y controles

INTRODUCCIÓN: El trasplante hepático ha permitido mejorar la calidad de vida y la supervivencia de los pacientes con cirrosis, se ha identificado un gran espectro de complicaciones crónicas, dentro de las cuales la Diabetes Mellitus de nuevo inicio posterior al trasplante (DMNPT) hace parte y genera un impacto significativo con relación a morbimortalidad. Nuestro objetivo fue determinar los factores asociados para el desarrollo de DMNPT. METODOLOGÍA: Se llevó a cabo un estudio de casos y controles sobre una cohorte histórica donde se revisaron pacientes colombianos postrasplante hepático y se evaluaron factores clínicos asociados con el inicio de DMNPT. RESULTADOS: Se encontró que la incidencia de DMNPT en nuestra población fue de 14.3% (32/224), con una mediana de aparición desde el procedimiento hasta el diagnóstico de 10 meses (IQR 1 - 40). De los 32 casos el 62.5% (20/32) fueron hombres, con una mediana de edad de 55.5 años. La presencia de encefalopatía (ORA 3,55 IC 95% 1.07-8.2), intolerancia a los carbohidratos (ORA 2,97 IC 95% 1.35-9.32) y el tiempo de isquemia (ORA 1.005 IC 95% 1.001 – 1.01) fueron significativamente asociados con el desenlace, en contraste la etiología autoinmune de la cirrosis se comportó como un factor protector (OR 0.34 IC 95% 0.12-091). CONCLUSIÓN: A pesar de las limitaciones del estudio, hay consistencia con resultados previos con respecto a la asociación entre estas variables independientes y el desarrollo de DMNPT, características que se deben tener en cuenta en el seguimiento de este grupo de pacientes estableciendo estrategias de seguimiento rigurosas y terapéuticas tempranas con miras a disminuir el riesgo de progresión a DM.

Genetic influences on hypoxic conditioning

This paper addresses the relationship between noise-induced hearing loss (NIHL) and hypoxic conditioning prior to noise exposure. The study begins the process of determining the number and characteristic of the gene(s) involved in the cochlear hypoxic conditioning response.

Chronic hypoxia in the human neuroblastoma SH-SY5Y causes reduced expression of the putative alpha-secretases, ADAM10 and TACE, without altering their mRNA levels

Alzheimer's disease is more frequent following an ischemic or hypoxic episode, with levels of beta-amyloid peptides elevated in brains from patients. Similar increases are found after experimental ischemia in animals. It is possible that increased beta-amyloid deposition arises from alterations in amyloid precursor protein (APP) metabolism, indeed, we have shown that exposing cells of neuronal origin to chronic hypoxia decreased the secretion of soluble APP (sAPPalpha) derived by action of alpha-secretase on APP, coinciding with a decrease in protein levels of ADAM10, a disintegrin metalloprotease which is thought to be the major alpha-secretase. In the current study, we extended those observations to determine whether the expression of ADAM10 and another putative alpha-secretase, TACE, as well as the beta-secretase, BACE1 were regulated by chronic hypoxia at the level of protein and mRNA. Using Western blotting and RT-PCR, we demonstrate that after 48 h chronic hypoxia, such that sAPPalpha secretion is decreased by over 50%, protein levels of ADAM10 and TACE and by approximately 60% and 40% respectively with no significant decrease in BACE1 levels. In contrast, no change in the expression of the mRNA for these proteins could be detected. Thus, we conclude that under CH the level of the putative alpha-secretases, ADAM10 and TACE are regulated by post-translational mechanisms, most probably proteolysis, rather than at the level of transcription.

Diacylglycerol-induced protection against injury during ischemia and reperfusion can be achieved without activation of protein kinase C in the rat heart: Comparative studies with ischemic preconditioning

The role of protein kinase C (PKC) activation in ischemic preconditioning remains controversial. Since diacylglycerol is the endogenous activator of PKC and as such might be expected cardioprotective, we have investigated whether: (i) the diacylglycerol analog 1,2-dioctanoyl-sn-glycerol (DOG) can protect against injury during ischemia and reperfusion; (ii) any effect is mediated via PKC activation; and (iii) the outcome is influenced by the time of administration. Isolated rat hearts were perfused with buffer at 37°C and paced at 400 bpm. In Study 1, hearts (n=6/group) were subjected to one of the following: (1) 36 min aerobic perfusion (controls); (2) 20 min aerobic perfusion plus ischemic preconditioning (3 min ischemia/3 min reperfusion+5 min ischemia/5 min reperfusion); (3) aerobic perfusion with buffer containing DOG (10 μM) given as a substitute for ischemic preconditioning; (4) aerobic perfusion with DOG (10 μM) during the last 2 min of aerobic perfusion. All hearts then were subjected to 35 min of global ischemia and 40 min reperfusion. A further group (5) were perfused with DOG (10 μM) for the first 2 min of reperfusion. Ischemic preconditioning improved postischemic recovery of LVDP from 24±3% in controls to 71±2% (P<0.05). Recovery of LVDP also was enhanced by DOG when given just before ischemia (54±4%), however, DOG had no effect on the recovery of LVDP when used as a substitute for ischemic preconditioning (22±5%) or when given during reperfusion (29±6%). In Study 2, the first four groups of study were repeated (n=4–5/group) without imposing the periods of ischemia and reperfusion, instead hearts were taken for the measurement of PKC activity (pmol/min/mg protein±SEM). PKC activity after 36 min in groups (1), (2), (3) and (4) was: 332±102, 299±63, 521±144, and 340±113 and the membrane:cytosolic PKC activity ratio was: 5.6±1.5, 5.3±1.8, 6.6±2.7, and 3.9±2.1 (P=NS in each instance). In conclusion, DOG is cardioprotective but under the conditions of the present study is less cardioprotective than ischemic preconditioning, furthermore the protection does not appear to necessitate PKC activation prior to ischemia.

Phorbol ester, but not ischemic preconditioning, activates protein kinase D in the rat heart

The signal transduction pathways that mediate the cardioprotective effects of ischemic preconditioning remain unclear. Here we have determined the role of a novel kinase, protein kinase D (PKD), in mediating preconditioning in the rat heart. Isolated rat hearts (n=6/group) were subjected to either: (i) 36 min aerobic perfusion (control); (ii) 20 min aerobic perfusion plus 3 min no-flow ischemia, 3 min reperfusion, 5 min no-flow ischemia, 5 min reperfusion (ischemic preconditioning); (iii) 20 min aerobic perfusion plus 200 nmol/l phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) given as a substitute for ischemic preconditioning. The left ventricle then was excised, homogenized and PKD immunoprecipitated from the homogenate. Activity of the purified kinase was determined following bincubation with [γ32P]-ATP±syntide-2, a substrate for PKD. Significant PKD autophosphorylation and syntide-2 phosphorylation occurred in PMA-treated hearts, but not in control or preconditioned hearts. Additional studies confirmed that recovery of LVDP was greater and initiation of ischemic contracture and time-to-peak contracture were less, in ischemic preconditioned hearts compared with controls (P<0.05). Our results suggest that the early events that mediate ischemic preconditioning in the rat heart occur via a PKD-independent mechanism.

Hypoxic modulation of ca(2+) signaling in human venous and arterial endothelial cells

Our understanding of vascular endothelial cell physiology is based on studies of endothelial cells cultured from various vascular beds of different species for varying periods of time. Systematic analysis of the properties of endothelial cells from different parts of the vasculature is lacking. Here, we compare Ca(2+) homeostasis in primary cultures of endothelial cells from human internal mammary artery and saphenous vein and how this is modified by hypoxia, an inevitable consequence of bypass grafting (2.5% O(2), 24 h). Basal [Ca(2+)]( i ) and store depletion-mediated Ca(2+) entry were significantly different between the two cell types, yet agonist (ATP)-mediated mobilization from endoplasmic reticulum stores was similar. Hypoxia potentiated agonist-evoked responses in arterial, but not venous, cells but augmented store depletion-mediated Ca(2+) entry only in venous cells. Clearly, Ca(2+) signaling and its remodeling by hypoxia are strikingly different in arterial vs. venous endothelial cells. Our data have important implications for the interpretation of data obtained from endothelial cells of varying sources.

SLAP/SLAP2 prevent excessive platelet (hem)ITAM signaling in thrombosis and ischemic stroke in mice

Glycoprotein VI and C-type lectin-like receptor 2 are essential platelet activating receptors in hemostasis and thrombo-inflammatory disease, which signal through a (hem)immunoreceptor tyrosine-based activation motif (ITAM)-dependent pathway. The adapter molecules Src-like adapter proteins (SLAP and SLAP2) are involved in the regulation of immune cell surface expression and signaling, but their function in platelets is unknown. In this study, we show that platelets expressed both SLAP isoforms and that overexpression of either protein in a heterologous cell line almost completely inhibited glycoprotein VI and C-type lectin-like receptor 2 signaling. In mice, single deficiency of SLAP or SLAP2 had only moderate effects on platelet function, whereas double deficiency of both adapters resulted in markedly increased signal transduction, integrin activation, granule release, aggregation, procoagulant activity, and thrombin generation in response to (hem)ITAM-coupled, but not G protein-coupled, receptor activation. In vivo, constitutive SLAP/SLAP2 knockout mice displayed accelerated occlusive arterial thrombus formation and a dramatically worsened outcome after focal cerebral ischemia. This was attributed to the absence of both adapter proteins in platelets, as demonstrated by adoptive transfer of Slap(-/-)/Slap2(-/-) platelets into wild-type mice. Our results establish SLAP and SLAP2 as critical inhibitors of platelet (hem)ITAM signaling in the setting of arterial thrombosis and ischemic stroke.

PKC-dependent activation of p46/p54 JNKs during ischemic preconditioning in conscious rabbits.

A conscious rabbit model was used to study the effect of ischemic preconditioning (PC) on stress-activated kinases [c-Jun NH(2)-terminal kinases (JNKs) and p38 mitogen-activated protein kinase (MAPK)] in an environment free of surgical trauma and attending external stress. Ischemic PC (6 cycles of 4-min ischemia/4-min reperfusion) induced significant activation of protein kinase C (PKC)-epsilon in the particulate fraction, which was associated with activation of p46 JNK in the nuclear fraction and p54 JNK in the cytosolic fraction; all of these changes were completely abolised by the PKC inhibitor chelerythrine. Selective enhancement of PKC-epsilon activity in adult rabbit cardiac myocytes resulted in enhanced activity of p46/p54 JNKs, providing direct in vitro evidence that PKC-epsilon is coupled to both kinases. Studies in rabbits showed that the activation of p46 JNK occurred during ischemia, whereas that of p54 JNK occurred after reperfusion. A single 4-min period of ischemia induced a robust activation of the p38 MAPK cascade, which, however, was attenuated after 5 min of reperfusion and disappeared after six cycles of 4-min ischemia/reperfusion. Overexpression of PKC-epsilon in cardiac myocytes failed to increase the p38 MAPK activity. These results demonstrate that ischemic PC activates p46 and p54 JNKs via a PKC-epsilon-dependent signaling pathway and that there are important differences between p46 and p54 JNKs with respect to the subcellular compartment (cytosolic vs. nuclear) and the mechanism (ischemia vs. reperfusion) of their activation after ischemic PC.

NITRIC OXIDE MEDIATES LUNG VASCULAR PERMEABILITY AND LYMPH-BORNE IL-6 AFTER AN INTESTINAL ISCHEMIC INSULT

Acute lung injury following intestinal I/R depends on neutrophil-endothelial cell interactions and on cytokines drained from the gut through the lymph. Among the mediators generated during I/R, increased serum levels of IL-6 and NO are also found and might be involved in acute lung injury. Once intestinal ischemia itself may be a factor of tissue injury, in this study, we investigated the presence of IL-6 in lymph after intestinal ischemia and its effects on human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) detachment. The involvement of NO on the increase of lung and intestinal microvascular permeability and the lymph effects on HUVEC detachment were also studied. Upon anesthesia, male Wistar rats were subjected to occlusion of the superior mesenteric artery during 45 min, followed by 2-h intestinal reperfusion. Rats were treated with the nonselective NO synthase (NOS) inhibitor L-NAME (N(omega)-nitro-L-arginine methyl ester) or with the selective inhibitor of iNOS aminoguanidine 1 h before superior mesenteric artery occlusion. Whereas treatment with L-NAME during ischemia increased both IL-6 levels in lymph and lung microvascular permeability, aminoguanidine restored the augmented intestinal plasma extravasation due to ischemia and did not induce IL-6 in lymph. On the other hand, IL-6 and lymph of intestinal I/R detached the HUVECs, whereas lymph of ischemic rats upon L-NAME treatment when incubated with anti-IL-6 prevented HUVEC detachment. It is shown that the intestinal ischemia itself is sufficient to increase intestinal microvascular permeability with involvement of iNOS activation. Intestinal ischemia and absence of constitutive NOS activity leading to additional intestinal stress both cause release of IL-6 and increase of lung microvascular permeability. Because anti-IL-6 prevented the endothelial cell injury caused by lymph at the ischemia period, the lymph-borne IL-6 might be involved with endothelial cell activation. At the reperfusion period, this cytokine does not seem to be modulated by NO.