Evaluación de la respuesta al tratamiento con radiaciones ionizantes en células de carcinoma de colon modificadas con el transportador NIS (HT29-NIS)

Abstract

La utilización de radioisótopos de yodo en medicina nuclear es una herramienta muy efectiva para el diagnóstico y tratamiento del cáncer tiroideo, basada en la actividad del co-transportador sodio/yodo (NIS) que cataliza el transporte activo de yodo. Recientemente se ha planteado la utilización de este transportador en terapia génica, para inducir su expresión en tejidos tumorales que normalmente no la producen y tratarlos con radioterapia metabólica (131I) y radioterapia de fuente externa como terapia combinada. Hallazgos in-vivo demostraron distribución heterogénea en captación de yodo y expresión del transportador en un modelo de tumor generado en ratones desnudos, sugiriendo una posible relación con las características heterogéneas del tumor. Sobre esta base, la presente investigación se enfocó en la evaluación del efecto de la expresión del transportador NIS en la respuesta al tratamiento con radiaciones ionizantes de fuente externa, y si dicho posible efecto permanece o se modifica al cambiar del estado proliferativo a quiescente, simulando una condición del microambiente tumoral. Todo lo anterior se realizó con miras a que esta alternativa sea utilizada como parte de un tratamiento combinado (terapia génica, radioterapia de haz externo y radioterapia metabólica) superando los problemas relacionados con la expresión heterogénea del transportador NIS. Con este propósito, partiendo de un modelo celular parental (HT29-WT) y un modelo establemente transfectado con el transportador (HT29-NIS) en condiciones de cultivo que simulan la heterogeneidad tumoral en cuanto a grados de proliferación se refiere (proliferación y quiescencia) se evaluaron los siguientes aspectos: inicialmente la supervivencia celular posterior a la exposición con radiaciones ionizantes mediante ensayos clonogénicos, posteriormente se analizó de manera más detallada el efecto biológico de la radiación, evaluando tanto la medición del daño y reparación del ADN, mediante ensayo cometa y determinación de la activación de sistemas de reparación del ADN por medio de la aparición de focos de la histona γH2AX; finalmente, se evaluó la alteración del estrés oxidativo mediante la medición de especies reactivas de oxígeno (ROS) y evaluación de los niveles de expresión de proteína Nrf-2. Entre los resultados se destaca la mayor radiosensibilidad de las células que expresan el transportador comparada con la línea parental, y la mayor radiosensibilidad de las células en condición de quiescencia, soportado no solamente por los resultados obtenidos en las curvas de supervivencia sino también en la evaluación del daño y reparación del ADN y respuesta al estrés oxidativo celular. En resumen, la terapia génica puede ser aprovechada para obtener un mejor resultado en el tratamiento de tumores sólidos mediante la combinación de radioterapia metabólica y de haz externo.

Abstract. Using iodine radioisotopes in nuclear medicine is an effective tool in the diagnosis and treatment of thyroid cancer; this therapy is based in the activity of the natrium/iodide symporter (NIS) which catalyzes the active flow of iodine. Recently, the usage of this transporter in gene therapy has been proposed, this by inducing its expression in tumoral tissues that do not normally express it and subsequently treat it them with metabolic radiotherapy (131I) and external beam radiotherapy as a combined treatment. Findings in in vivo- studies using a naked mice tumor model have shown a heterogeneous distribution in the iodine uptake and expression of NIS protein, suggesting a relationship with the heterogeneous characteristics of the tumor, on this basis the present study was focused on the evaluation of the effect of NIS expression in external beam radiotherapy cell response, furthermore, was evaluated if this plausible effect remains or changes in proliferative and a quiescent state, simulating one condition of tumor microenvironment, this with a view to stablish this therapy as an alternative of combined treatment (gene therapy, external beam radiotherapy and metabolic therapy) and therefore overcoming problems related to the heterogeneous distribution of the expression of NIS transporter. Cell models, wild-type (HT29-WT) and the transporter based model (HT29-NIS) in culture conditions that simulated tumor heterogeneity referring to proliferative and quiescent conditions were used to evaluate: initially cell survival after the exposure to ionizing radiation with clonogenic assays, subsequently the biological effect of radiation evaluating DNA damage and activation of repairing systems with γH2AX focis and comet assay, finally the oxidative stress was evaluated through the measuring of ROS and expression levels of Nrf-2. Among the most relevant results it raises special attention the increased radiosensibility of cells expressing the transporter compared to the wild type cell line and the radiosensibility of cells in quiescent conditions this supported by the results obtained in the survival curves and in the DNA damage response and oxidative stress response, in conclusion gene therapy could be used to obtain better results in the treatment of solid tumors by means of combining metabolic therapy and external beam therapy.