Rol de Hemo oxigenasa 1 (HO-1) en la progresión ósea del cáncer de próstata

• Autores: Anselmino, Nicolás
• Año de publicación: 2019
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Vázquez, Elba Susana; Gueron, Geraldine
• Materia: CANCER DE PROSTATA; METASTASIS OSEA; HEMO OXIGENASA 1; OSTEOCLASTO; OSTEOBLASTO; CO-CULTIVO; PROSTATE CANCER; BONE METASTASIS; HEME OXYGENASE 1; OSTEOCLAST; OSTEOBLAST; CO-CULTURE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

El cáncer de próstata (CaP) es el segundo tipo de cáncer más frecuentemente diagnosticado en hombres. En estadíos avanzados la enfermedad puede diseminarse siendo el hueso el principal sitio de metástasis. Este no es un evento aleatorio, sino que se generan loops regulatorios de retro-alimentación entre las células de CaP y las células del microambiente de la metástasis, interrumpiendo la homeostasis del hueso. El hueso es un tejido dinámico que se somete a una remodelación mediada por el balance de osteoblastos y osteoclastos. La disrupción de este equilibrio por la presencia de células tumorales convierte el nicho óseo normal en un nicho tumoral o metastásico. Como en otras malignidades la generación de daño oxidativo a macromoléculas y componentes celulares, y el proceso inflamatorio asociado, promueven la carcinogénesis prostática y su progresión. Se ha demostrado que las células óseas producen factores que aumentan el crecimiento y sobrevida de las células tumorales y que esta interacción, a su vez, favorece la progresión metastásica. Sin embargo, la naturaleza molecular de dicha interacción aún no se conoce completamente y existen pocos modelo experimentales apropiados para estudiar dicha interacción. La inducción de Hemo oxigenasa 1 (HO-1) surge como un proceso de defensa celular fundamental frente a estímulos de estrés e inflamatorios. Previamente demostramos que HO-1 cumple funciones c ríticas antitumorales en la carcinogénesis prostática. Nuestra hipótesis se basa en que HO-1 modifica el microambiente tumoral modulando la expresión de factores inflamatorios y angiogénicos alterando la interacción entre la célula prostática y la ósea. Los objetivos de este trabajo de tesis fueron: evaluar el impacto fisiológico in vivo de la carencia de HO-1 en el metabolismo óseo de ratones Knock-out (KO) para Hmox-1 (gen de HO-1); determinar el perfil transcripcional de genes involucrados tanto en la tumorigénesis como en la remodelación ósea en un sistema de co-cultivo donde células de CaP compartían el medio con cultivos primarios de osteoblastos de ratón (PMOs) aislados de ratones BALB/c Hmox-1 +/+, +/- o -/-; o en co-cultivo con células precursoras de osteoblastos (MC3T3) u osteoclastos (Raw264.7). También analizamos mediante proteómica el secretoma en los medios condicionados del co-cultivo de células de CaP con precursores óseos. El análisis histomorfométrico de los fémures de ratones transgénicos para Hmox-1 reveló una disminución de la densidad ósea concomitante con la pérdida de copias de este gen. En línea con esto se observó un menor número y actividad de osteoblastos y osteoclastos, indicando un metabolismo óseo disminuido. Se observó una correlación entre los niveles de expresión de Hmox-1 y diferentes genes implicados en la diferenciación de osteoblastos o en la regulación de la fisiología ósea como Runx2, Col1a1, Csf-1 y Opg, coincidiendo no solo con el menor número y actividad de osteoblastos, sino también con la disminución general del metabolismo óseo antes mencionada. Mediante citometría de flujo se detectaron dos poblaciones de PMOs con diferentes niveles de ROS; la población con niveles altos estaba significativamente reducida en los animales KO, demostrando que estas células presentaban una tolerancia restringida al estrés oxidativo. En líneas generales, el co-cultivo con células PC3 derivó en un perfil de expresión génica pro-osteolítico en las células óseas, el cual fue parcialmente revertido cuando las células tumorales se encontraban pre-tratadas con Hemina, inductor farmacológico de HO-1. Entre los principales factores alterados se encuentran PTHrP, OPG, RANKL y RUNX2, todos ellos fuertemente implicados en el proceso de remodelación ósea. En resumen, los niveles de HO-1 impactan sobre la expresión de factores osteoblastogénicos y osteoclastogénicos, impactando en el balance óseo y alterando la comunicación entre las células del CaP y las células óseas.
Prostate cancer (PCa) is the second leading cause of cancer-associated death in men. Bone is the most common and frequently the unique site of PCa progression. This is not a random event, regulatory feedback loops are generated between PCa cells and the cells in the metastatic microenvironment, interrupting bone homeostasis. Similar to others malignances the oxidative stress damage in macromolecules and cellular components and the associated inflammatory process, promote prostate carcinogenesis and subsequent progression. It has been demonstrated that bone cells produce factors that increase the growth and survival of tumor cells, and this interaction in turn favors metastatic progression. However the molecular nature of this interaction is not yet fully known and there are scarce experimental models to study such interaction. Heme oxygenase 1 (HO-1) induction appears as an essential process for cellular defense against inflammatory and stressor stimuli. We have previously demonstrated that HO-1 plays a critical anti-tumoral role in PCa. Our hypothesis is that HO-1 modifies the tumor microenvironment modulating the expression of inflammatory and angiogenic factors, disrupting the bone and PCa cell interaction. The aims of this work were: 1) to evaluate in vivo the pathophysiologic implications of HO-1 absence in bone metabolism of Hmox-1 (HO-1 gene) Knock-out (KO) mice; 2) to determine the transcriptional profile of genes involved in tumorigenesis and bone turn over & remodeling, in a co-culture system in which PCa cells share the culture medium with primary mouse osteoblast (PMOs) isolated from BALB/c Hmox-1 +/+, +/- or -/- mice; or in co-culture with osteoblast (MC3T3) or osteoclasts (Raw264.7) precursor cell lines; 3) to assess the secretome of the conditioned medium of PCa and bone progenitor co-culture systems. The histomorphometric analysis of the Hmox-1 transgenic mice femurs showed significant bone density reduction concomitant with the Hmox-1 copy loss. A positive significant correlation was observed between Hmox-1 expression levels and different genes implicated in the osteoblast differentiation or in bone physiology regulation such as Runx2; Col1a1; Mcsf1 and Opg. Accordingly, lower number and activity of osteoblasts and general decrease in bone metabolism was observed under the same conditions. Flow cytometry analysis, revealed two PMOs populations with different ROS levels. The population with high levels were significantly reduced in KO animals, showing that these cells have a restricted tolerance to oxidative stress. In summary, co-culture systems of PCa cells with bone cells resulted in a pro-osteolytic gene expression in the bone cells, which was partially reversed when tumor cells were pre-treated with Hemin (HO-1 specific pharmacological inductor). Among the main altered factors are PTHrP, OPG, RANKL and RUNX2, all of them strongly involved in bone turnover. Altogether, HO-1 levels critically alters the expression of osteoblastic/osteoclastic factors, affecting bone balance and the communication between bone and prostate tumor cells.
Fil: Anselmino, Nicolás. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.