Caracterización de co-cultivos entre células de cáncer de colon y células mononucleares de sangre periférica para el estudio del metabolismo glucolítico y el estrés oxidativo

Abstract

En el microambiente tumoral, algunas condiciones como la heterogeneidad celular, las concentraciones de oxígeno y la inmunoedición ejercida por las células del sistema inmune, inducen un proceso de selección natural que favorece la adaptación de las células de cáncer al ambiente cambiante. Estas condiciones pueden potenciar el inicio, la supervivencia y proliferación de las células de cáncer. Aunque existen algunos trabajos que muestran los cambios que presentan las células del sistema inmune en el microambiente tumoral, se desconocen los posibles efectos que genera la presencia de este tipo de células sobre la regulación del metabolismo glucolítico y el estrés oxidativo en células de cáncer de colon y cómo esto puede fomentar la supervivencia de este tipo de células durante la inmunoedición. En este estudio se propone un sistema de co-cultivo in vitro entre Células Mononucleares de Sangre Periférica (CMSPs) y la línea celular de cáncer de colon humano HT29 para estudiar los posibles cambios metabólicos y de estrés oxidativo de las células cancerosas. Las células fueron co-cultivadas por 24 horas en relaciones HT29: CMSP como sigue, 1:0 (HT-29 en monocultivo), 1:1⁄2, 1:3, 1:5 y 1:10, en normoxia (20% O 2 ) o hipoxia (1% O 2 ). Se determinó la viabilidad celular, apoptosis, captación de glucosa, la concentración de lactato extracelular, los niveles de proteínas involucradas en el metabolismo glucolítico tales como Hexoquinasa 2 (HK2), la Isoenzima Piruvato Quinasa M2 (PKM2) y los niveles de especies reactivas de oxígeno (ROS). Los resultados mostraron una disminución en la viabilidad de las células HT-29 entre un 15 a 25% y un incremento en la apoptosis temprana entre un 10 a 15%, en la apoptosis tardía entre un 7 a 10% y en la necrosis del 5% al incrementar el número de CMSP en el co-cultivo. El consumo de glucosa en las células HT-29 y la concentración de lactato en el medio extracelular se vieron incrementados para las relaciones bajas del co-cultivo, pero disminuyó en la relación más alta. Los niveles de PKM2 no se vieron alterados en las diferentes relaciones evaluadas. Sin embargo, los niveles de HK2 disminuyeron ligeramente en la relación 1:10 en normoxia. Los niveles de ROS incrementaron gradualmente a medida que se incrementó el número de CMSPs en el co-cultivo en condiciones de normoxia, pero no en hipoxia. Los cambios metabólicos en las relaciones bajas del co-cultivo podrían estar asociadas a la glucólisis anaerobia o al efecto Warburg, mientras que las relaciones altas podrían estar asociadas a un efecto Warburg reverso. Este modelo podría ser aplicado para identificar cambios metabólicos en células tumorales que hayan sido co-cultivadas por contacto directo con células del sistema inmune.

Abstract. In the tumoral microenvironment, some conditions such as the cellular heterogeneity, concentration of oxygen and immunoediting exerted by immune cells, could induce a natural selection process which favors the adaptation of cancer cells to the changing environment. These conditions could enhance the initiation, survival and proliferation of cancer cells. Although there are some works focused on the possible changes that suffer the immune system cells in the tumoral microenvironment, it is unknown the possible effect that the presence of immune cells has on the regulation of glycolytic metabolism and oxidative stress in colon cancer cells and how it could influence the survival of these type of cancer cells during immunoediting. This study proposed an in vitro co-culture system between peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and HT29 human colon cancer cells as an in vitro model to study possible changes in glycolytic metabolism an oxidative stress of cancer cells. The cells were co-cultured for 24h at ratios between HT29: PBMCs as follow, 1: 0 (HT-29 monoculture), 1: ½, 1: 3, 1: 5 and 1: 10, in normoxia (20% O2) or hypoxia (1% O2). Cell viability, apoptosis, glucose uptake, lactate concentration in the extracellular medium, the levels of proteins involved in the glycolytic metabolism, such as Hexokinase 2 (HK2) and Pyruvate kinase isozymes M2 (PKM2) and levels of reactive oxygen species (ROS) were determined. The results showed a decrease in the viability of the HT-29 cells between 15 and 25% and an increase in stages of early apoptosis between 10 and 15%, late apoptosis 7 to 10% and necrosis 5% when the number of PBMCs was increased in the co-culture. The glucose uptake and lactate concentration in extracellular medium increase for the low ratios of co-culture, but decrease for the highest ratio of co-culture. Levels of PKM2 were not altered at any of ratios tested. However, the levels of HK2 slightly decreased at 1:10 ratio in normoxia. The ROS levels increased gradually when the number of PBMCs was increased in normoxia but not in hypoxia. The metabolic changes at low ratios of co-culture could be linked with the anaerobic glycolysis or the Warburg effect, meanwhile the high ratios of co-culture could be linked with the reverse Warburg effect. This model could be applied to identify metabolic changes in the tumor cells following direct contact with immune cells.