Una evaluación alimentómica de la actividad anticancerígena de polifenoles de origen alimentario

Resumen

RESUMEN Aunque el cáncer es una enfermedad genética que representa una de las mayores causas de morbilidad y mortalidad en el mundo, numerosos estudios epidemiológicos indican una menor incidencia de esta enfermedad en poblaciones que siguen preferentemente una “Dieta Mediterránea”. Dentro de los alimentos contenidos en esta dieta se encuentra el romero, una planta rica en polifenoles que ha demostrado tener efectos anticancerígenos debido a su actividad quimioprotectora, antiproliferativa y antimetastásica. Tradicionalmente, la determinación de la actividad anticancerígena del romero se ha llevado a cabo mediante metodologías analíticas dirigidas al estudio de un grupo reducido de marcadores moleculares. Sin embargo, la integración de metodologías avanzadas de análisis en Nutrición y en Ciencia y Tecnología de los Alimentos ha permitido el desarrollo de nuevas estrategias como, por ejemplo, la Alimentómica, que permiten el estudio de los alimentos desde una perspectiva más global. Esta estrategia se basa en el empleo de técnicas ómicas (fundamentalmente Transcriptómica, Proteómica y Metabolómica) para investigar los alimentos y sus múltiples conexiones con la Nutrición y la salud. El enfoque alimentómico dirigido al estudio del efecto de los componentes de la dieta en el tratamiento y prevención de enfermedades crónicas permite obtener información detallada acerca de los cambios moleculares que se producen en los sistemas biológicos. En la presente Tesis doctoral se ha utilizado esta estrategia Alimentómica con el objetivo de estudiar, siguiendo una aproximación global, el efecto antiproliferativo de polifenoles de romero en distintos modelos celulares de leucemia y cáncer de colon. En primer lugar, se estudió el efecto antiproliferativo y el efecto en la progresión del ciclo celular de varios extractos de romero en las células de leucemia y cáncer de colon. De todos los extractos ensayados, aquel obtenido mediante fluidos supercríticos empleando CO2 a 40 ºC, 150 bares de presión y 7% de etanol presentó un efecto antiproliferativo mayor, por lo que se seleccionó este extracto enriquecido en polifenoles para estudiar sus efectos en el transcriptoma, el proteoma y el metaboloma de los distintos modelos celulares. Estos estudios se llevaron a cabo utilizando tecnologías de análisis de alto rendimiento, como son los microarrays de expresión génica y la electroforesis capilar/cromatografía de líquidos acopladas a espectrometría de masas, y herramientas bioinformáticas avanzadas, que permiten la interpretación y la integración de la enorme cantidad de datos generados. Los resultados obtenidos en estos estudios indican que el tratamiento con los polifenoles de romero activa la Respuesta al Estrés Oxidativo mediante la activación del factor de transcripción NRF2. Además, estos estudios demuestran que el tratamiento con el extracto de romero (especialmente con ácido carnósico) induce la activación temprana de la Respuesta a Proteínas Desplegadas, altera la homeostasis proteica, induce la acumulación de colesterol y reprime la actividad del factor de transcripción E2F1 en las células de cáncer de colon HT-29. Por otro lado, se ha demostrado por primera vez que el carnosol inhibe de forma directa la actividad catalítica del proteasoma (IC50 = 16.5 µM), un complejo multi-enzimático utilizado como diana terapéutica en el tratamiento del cáncer. En resumen, el estudio llevado a cabo en esta Tesis doctoral ha demostrado que los polifenoles de romero tienen actividad antiproliferativa en distintos modelos celulares de cáncer. Además, el empleo de una estrategia Alimentómica ha permitido estudiar el efecto de estos compuestos a nivel molecular, así como establecer los posibles mecanismos de acción responsables de la actividad antiproliferativa observada. SUMMARY Although cancer is a genetic disease that represents one of the major causes of morbidity and mortality worldwide, several epidemiological studies have demonstrated a lower incidence of this disease in populations that follow a “Mediterranean Diet”. This diet includes the consumption of several vegetables, such as Rosemary, a Mediterranean herb rich in polyphenols that has shown anticancer effects due to its chemoprotective, antiproliferative and antimetastatic activities. Rosemary anticancer effects have commonly been investigated using analytical methodologies focused on a limited group of molecular markers. However, the use of advanced methodologies in Nutrition and Food Science has allowed the development of new strategies, such as Foodomics, that enables the study of food from a global perspective. This strategy is based on the use of omics techniques (mainly transcriptomics, proteomics and metabolomics) to investigate food and its multiple connections with nutrition and health. The Foodomics approach aimed at studying the effect of dietary components in the treatment and prevention of chronic diseases provides detailed information about the molecular changes that occur in a biological system. In this PhD Thesis work, we have applied a Foodomics method to study, following a global approach, the antiproliferative activity of rosemary polyphenols against different leukemia and colon cancer cells. Firstly, the antiproliferative activity and the effect of various rosemary extracts on the cell cycle progression were studied in the different leukemia and colon cancer cells. Among the various tested rosemary extracts, the extract obtained using supercritical CO2 at 40 ºC, 150 bars and 7% of ethanol showed the highest antiproliferative activity, and this extract (enriched in polyphenols) was selected to study its effect on the transcriptome, proteome and metabolome of the different cell culture models. These studies were carried out using high throughput technologies, such as gene expression microarray and capillary electrophoresis/liquid chromatography coupled to mass spectrometry, and advanced bioinformatics tools, for interpretation and integration of the information. The results obtained in these studies indicate that rosemary polyphenols activate the Oxidative Stress Response through the activation of NRF2 transcription factor. Furthermore, these studies also demonstrate that rosemary extract and carnosic acid treatment induce early activation of Unfolded Protein Response, alter protein homeostasis, induce cholesterol accumulation and repress the activity of E2F1 transcription factor in HT-29 colon cancer cells. Moreover, it has been demonstrated for the first time that carnosol directly inhibits the catalytic activity of the proteasome (IC50 = 16.5 µM), a multi-enzymatic complex used as a therapeutic target in cancer treatment. In summary, the study carried out in this PhD Thesis work has demonstrated that rosemary polyphenols have antiproliferative activity in different cancer cell models. In addition, the Foodomics approach applied has allowed us to study the effect of these compounds at molecular level and to establish the possible mechanisms of action responsible of the observed antiproliferative activity.