Effect of tetrahydroquinoline derivatives on the intracellular Ca2+ homeostasis in breast cancer cells (MCF-7) and its relationship with apoptosis / Efecto de derivados de tetrahidroquinolinas sobre la homeostasis del Ca2+ intracelular en células de cáncer de mama (MCF-7) y su relación con la apoptosis

Abstract Tetrahydroquinoline derivatives are interesting structures exhibiting a wide range of biological activities, including antitumor effects. In this investigation, the effect of the synthesized tetrahydroquinolines JS-56 and JS-92 on apoptosis, intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i), and the sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+-ATPase (SERCA) activity was determined on MCF-7 breast cancer cells. Colorimetric assays were used to assess MCF-7 cells viability and SERCA activity. Fura-2 and rhodamine 123 were used to measure the intracellular Ca2+ concentration and the mitochondrial electrochemical potential, respec tively. TUNEL assay was used to analyze DNA fragmentation, while caspase activity and NF-κB-dependent gene expression were assessed by luminescence. In silico models were used for molecular docking analysis. These compounds increase intracellular Ca2+ concentration; the main contribution is the Ca2+ entry from the extracellular milieu. Both JS-56 and JS-92 inhibit the activity of SERCA and dissipate the mitochondrial electrochemical potential through processes dependent and independent of the Ca2+ uptake by this organelle. Furthermore, JS-56 and JS-92 generate cytotoxicity in MCF-7 cells. The effect of JS-92 is higher than JS-56. Both compounds activate caspases 7 and 9, cause DNA fragmentation, and potentiate the effect of phorbol 12-myristate-13-acetate on NF-κB-dependent gene expression. Molecular docking analysis suggests that both compounds have a high interaction for SERCA, similar to thapsigargin. Both tetrahydroquinoline derivatives induced cell death through a combination of apoptotic events, increase [Ca2+]i, and inhibit SERCA activity by direct interaction.

Resumen Los derivados de tetrahidroquinolina son estructuras interesantes que exhiben una amplia gama de actividades biológicas, incluyendo efectos antitumorales. Se determinó el efecto de las tetrahidroquinolinas sintetizadas JS-56 y JS-92 sobre la apoptosis, concentración intracelular de Ca2+ ([Ca2+]i) y la actividad Ca2+-ATPasa del retículo sarco(endo)plásmico (SERCA) en células de cáncer de mama MCF-7. Se usaron ensayos colorimétricos para evaluar la viabilidad de las células MCF-7 y la actividad SERCA. Se emplearon Fura-2 y rodamina 123 para medir la concentración de Ca2+ intracelular y el potencial electroquímico mitocondrial, respectivamente. El ensayo TUNEL se utilizó para analizar la fragmentación del ADN, mientras que la actividad de caspasas y la expresión génica dependiente de NF-κB se evaluaron mediante luminiscencia. Modelos in silico permitieron el análisis del acoplamiento molecular. Estos compuestos aumentan la concentración de Ca2+ intracelular; la principal contribución es la entrada de Ca2+ desde el medio extracelular. Tanto JS-56 como JS-92 inhiben la actividad de SERCA y disipan el potencial electroquímico mitocondrial a través de procesos dependientes e independientes de la captación de Ca2+ por este orgánulo. Además, JS-56 y JS-92 generan citotoxicidad en células MCF-7. El efecto de JS-92 es mayor que JS-56. Ambos compuestos activan las caspasas 7 y 9, provocan la fragmentación del ADN y potencian el efecto del 12-miristato-13-acetato de forbol en la expresión génica dependiente de NF-κB. El análisis de acoplamiento molecular sugiere que ambos compuestos tienen una alta interacción con SERCA, similar a la tapsigargina. Ambos derivados de tetrahidroquinolina indujeron la muerte celular a través de una combinación de eventos apoptóticos, aumento de [Ca2+]i e inhibición de la actividad SERCA por interacción directa.

Essential oil composition and cytotoxic activity in twospecies ofthe plant genus Vismia (Hypericaceae) from the Venezuelan Andes

Introduction: The Vismia genus belongs to the Hypericaceae family and comprises around 57 species of which 17 have been located in Venezuela. Previous investigations have been carried out in extracts as well as pure isolated compounds, revealing antimicrobial, antioxidant and anti-HIV, among other, biological activities. Objective: This investigation aims to determine the cytotoxic activity of essential oils from leaves of Vismia baccifera Triana & Planch (VBJ and VBV) and Vismia macrophylla Kunth (VM) collected in three different locations of the Venezuelan Andean region. Methods: Essential oils obtained by hydrodistillation were analyzed using gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) and their cytotoxic activity was analyzed following the MTT (3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazolium bromide) assay. Human tumor cell lines from SKBr3, MCF-7 and PANC-1, two breast carcinomas and one pancreatic adenocarcinoma of ductal type, were tested with the oil samples and human dermis fibroblasts were used as non-tumor cells. Results: β-caryophyllene and trans-caryophyllene were present as major components in VBJ and VBV, respectively, while γ-bisabolene was the main component in the VM sample. Anticancer activity was observed on V. baccifera essential oil against SKBr3, MCF-7 and PANC-1. The selectivity index showed that VBV is highly selective against the SKBr3 cell line and has no activity against non-tumor cells. Conclusions: These results are considered a contribution to natural products research and may provide supportive data for future studies on cancer.

Introducción: El género Vismia pertenece a la familia Hypericaceae y comprende alrededor de 57 especies de las cuales 17 han sido ubicadas en Venezuela. Se han realizado investigaciones previas tanto en extractos como en compuestos puros aislados revelando actividad antimicrobiana, antioxidante y anti-VIH, entre otras actividades biológicas. Objetivo: El propósito de esta investigación es determinar la actividad citotóxica de los aceites esenciales de las hojas de Vismia baccifera Triana & Planch (VBJ y VBV) y Vismia macrophylla Kunth (VM) recolectadas en tres localidades de la región andina venezolana. Métodos: Aceites esenciales obtenidos por hidrodestilación fueron analizados por cromatografía de gases-espectrometría de masas y su actividad citotóxica fue analizada siguiendo el método MTT (bromuro de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5-difeniltetrazolio). Los aceites esenciales fueron ensayados frente a células tumorales humanas SKBr3, MCF-7 y PANC-1, dos carcinomas de mama y un adenocarcinoma pancreático del tipo ductal, usando cultivos primarios de fibroblastos de dermis humana como células no tumorales. Resultados: β-cariofileno y trans-cariofileno estuvieron presentes como compuestos mayoritarios en VBJ y VBV, respectivamente, mientras que γ-bisaboleno fue el componente principal en la muestra VM. El aceite esencial de V. baccifera mostró actividad anticancerígena frente a SKBr3, MCF-7 y PANC-1. El índice de selectividad reveló que VBV es altamente selectivo frente a la línea celular SKBr3 y no presenta actividad contra las células no tumorales. Conclusiones: Estos resultados se consideran una contribución a la investigación de los productos naturales y los datos pueden ser de utilidad en futuras investigaciones sobre el cáncer.

Contaminación, disruptores endocrinos y cáncer / Contamination, endocrine disruptors and cancer

Desde mediados del siglo XX numerosas especies, muy diferentes entre sí y ubicadas en todas las áreas y rincones del planeta, comenzaron a presentar diversas alteraciones, muchas de las cuales sugerían estar relacionadas con trastornos del sistema endocrino. Las investigaciones demostraron que tales alteraciones eran producidas por la exposición a diferentes sustancias químicas contaminantes, las cuales podían alterar la salud y producir graves enfermedades. Dentro de ellas destacó un grupo heterogéneo de compuestos con estructuras químicas muy diferentes, capaces de actuar a dosis muy bajas, mostrar distintos mecanismos de acción y ser capaces de alterar el equilibrio hormonal, por lo que se les denominó “disruptores endocrinos químicos”. Estas sustancias, al ser liberadas al medioambiente o formar parte de objetos, alimentos o medicinas, constituyen un gran riesgo para los seres humanos y toda la vida del planeta, produciendo no solo disfunciones endocrinas sino también diferentes tipos de cáncer, destacando los más frecuentes. A pesar de la trascendencia y significado del impacto de estos compuestos, ellos no son suficientemente conocidos ni entendidos, por lo que el objetivo de esta revisión es mostrar su origen e impacto en la salud humana, resaltando su papel como inductores de cáncer, lo cual ha motivado múltiples investigaciones clínicas y biológicas.

Since the mid-twentieth century, many species, very different from each other and located in all areas and corners of the planet, began presenting various alterations, many of which suggested to be related to endocrine disorders. Research has shown that such alterations were caused by exposure to various chemical contaminants that could affect the health and cause serious illnesses. Among them stands a diverse and large group of compounds, with very different chemical structures, capable of altering the hormonal balance, act at very low doses and with different mechanisms of action, that are called “endocrine disrupting chemicals”. When released into the environment or as part of objects, food or medicines, constitute a major risk to animals and humans, which produces not only endocrine dysfunctions but also different cancers, which include the most common types. Despite the importance and significance of the impact of these compounds, they are not sufficiently known or understood, so the aim of this review is to show their origin and impact in the field of human health, highlighting their role as inducers of cancer, which has led to multiple clinical and biological investigations.

Estudio preliminar del tratamiento de úlceras crónicas con equivalentes cutáneos obtenidos por ingeniería de tejidos / Preliminary Study of the Treatment of Chronic Skin Ulcers with Tissue-engineered Skin Equivalents

Las úlceras de las extremidades inferiores son afecciones de incidencia y prevalencia elevada, cuya cronicidad y persistencia en hacer recidivas son dos de las características evolutivas más relevantes. A pesar de un tratamiento etiológico correcto, a lo cual se suma una gran variedad de apósitos disponibles, el porcentaje de curación y la velocidad de cicatrización siguen siendo bajos. Por tanto se realizó un estudio con el objetivo de obtener un sustituto de piel para su aplicación en la clínica. Se aislaron y cultivaron queratinocitos, que fueron sembrados a una alta densidad, en un sustrato optimizado de fibrina con fibroblastos. De esta forma se desarrolló un nuevo equivalente cutáneo más práctico y de bajo costo, cuyo transplante es directo y de fácil aplicación. Antes de comenzar los estudios clínicos para evaluar sus ventajas y su alcance, se hizo una prueba preliminar con el fin de ver si los cambios efectuados en la técnica estándar no impedían su viabilidad y su acción. A tal fin fueron seleccionaron seis pacientes con ulceras crónicas, sin curación mediante todo tratamiento, a quienes se les aplicaron los nuevos equivalentes. Los pacientes tratados mostraron que los equivalentes eran viables, efectivos, de fácil manipulación y de rápida acción sobre los tejidos afectados. Todos los pacientes que completaron el procedimiento se recuperaron, fue excelente ejemplo un paciente con una lesión crónica de seis meses de evolución que había sido refractaria a los múltiples tratamientos convencionales empleados.

Ulcers of the lower extremities have high prevalence and incidence. Their chronicity and frequent recurrences are two of their most important characteristics. Despite proper etiologic treatment and the great variety of dressings available, the healing rate and recovery speed remain low. Therefore, we conducted a study to obtain skin substitutes for clinical application by isolating and cultivating keratinocytes, which were seeded on a fibroblast-containing fibrin gel at high density. Hence, a new practical and inexpensive skin equivalent of straightforward and easy-to-perform transplantation was developed. Before starting the clinical trials to evaluate its advantages and applicability, we conducted a preliminary test to determine if the changes to the standard technique affected its feasibility and action. For this purpose, we implanted the new equivalents into six patients with chronic ulcers unresponsive to treatment. Outcomes in these patients showed that skin equivalents were feasible, effective, easy to handle and had rapid action on target tissues. All patients who completed the procedure recovered. An excellent example was a patient with a chronic lesion refractory to multiple conventional treatments that had been present for six months.

Células madre y cáncer / Stem cells and cancer

La cirugía, la radioterapia y la quimioterapia siguen siendo los tratamientos reconocidos universalmente como los más efectivos en la lucha contra el cáncer, a pesar de los avances logrados para elucidar sus mecanismos moleculares y haber desarrollado nuevas y sofisticadas técnicas para su tratamiento. Al ser esta enfermedad un importante problema de salud pública, el descubrimiento y estudio de las células madres tumorales ha creado nuevas líneas de investigación dirigidas a comprender y controlar la recurrencia de un tumor, la resistencia a los medicamentos y los mecanismos que hacen posible las metástasis. De esta forma, con una mejor comprensión de las células tumorales, surgen nuevas alternativas terapéuticas que hacen más factible el control y la posible solución que permita la cura definitiva del cáncer. Por la importancia fundamental del tema, el presente artículo tiene como objetivo resumir las características y propiedades de las células madres tumorales, las investigaciones en curso y las nuevas estrategias para la prevención y control de los mecanismos que llevan a la recurrencia de los tumores en los pacientes de cáncer que han sido tratados.

Surgery, radiotherapy and chemotherapy are universally recognized as the most effective anti-cancer therapies. Despite significant advances directed towards elucidating molecular mechanisms and developing clinical trials, cancer still remains a major public health issue. Cancer stem cells are a subpopulation of the cells that form the tumor. The discovery of these human cancer cells opens a perspective for understanding tumor recurrence, drug resistance and metastasis; and opens up new research directions on how cancer cells are capable of switching from dormancy to malignancy. Therapeutic alternatives emerge from a better understanding of the biology and the environment of tumor stem cells. The present paper aims to summarize the characteristics and properties of cancer stem cells, the ongoing research, as well as the best strategies for prevention and control of the mechanisms of tumor recurrence.

Derivados quiolínicos: compustos sintéticos con propiedades antitumorales sobre líneas de cáncer humano / Quinolinic derivates: synthetic compounds with antitumor proprieties against human line cell cancer

El cáncer es una enfermedad multifactorial caracterizada por anormalidad en el crecimiento celular provocado por factores ambientales y múltiples cambios en la expresión de los genes. El cáncer de mama representa una de las enfermedades que más afecta a la población femenina mundial. Actualmente, se ha mostrado un auge en las investigaciones sobre compuestos extraídos de diversas plantas y origen sintético con posibles agentes antitumorales, entre los que se pueden nombrar los derivados sintéticos de quinolinas. Realizado estudio del grupo sintético indeno (2,1-c) quinolinas y sus efectos citotóxicos sobre líneas de cáncer de mama SKBr3 yMCF-7. La evaluación de la actividad citotóxica de estos compuestos fue determinada a través del método del MTT, se calcularon los valores de concentración inhibitoria, los índices de selectividad y combinaciones con taxanos. Los resultados obtenidos muestran una alta selectividad de los compuestos sintéticos y natural evaluados hacia las líneas celulares MCF-7 y SKBr3 con respecto a las células control (fibroblastos dérmicos humanos); además de una interacción de tipo potenciación en la combinación de un derivado quinolínico y la drogataxano. Con todo esto se puede inferir que solo ciertos compuestos que tuvieron modificaciones químicas realizadas sobre el compuesto patrón del grupo sintético indeno (2,1-c) quinolinas mostraron una inhibición sobre la viabilidad celular sobre las líneas tumorales SKBr3 y MCF-7, conforme aumenta la dosis de los compuestos, además de evidenciar la efectividad de compuestos derivados de quinolinas como moléculas con características antineoplásicas

The cancer is a multifactorial disease characterized by abnormal cell growth caused by environmental factors and for multiple changes in the gene expression. The breast cancer is a disease that affects the female population in worldwide. Currently, there is shown an increment in the research on compounds that we extracted from various plants and synthetic origin with potential antitumor agents, among which can be namedthe synthetic derivatives of the quinolines. A study was performed on an group of synthetic indeno (2,1-c) quinolines and their cytotoxic effects on breast cancer cell lines SKBR3 and MCF-7 was performed. The evaluation of the cytotoxic activity of these compounds was determined through the MTT method; we were calculated inhibitory concentration values, the rates of selectivity and the drug combinations with taxanes. The results show a high selectivity of the natural and the synthetic compounds evaluated towards the cell lines MCF-7 and SKBR3 cells with respect to control (dermal fibroblasts human), besides an enhancement type interaction in the combination of a drug derivative and the quinolinic taxanes. With all this we can infer that only certain compounds had chemical modifications performed on the composite pattern of synthetic group indeno (2, 1-c) quinolines showed an inhibition on cell viability on tumor cell lines SKBR3 and MCF-7, with increasing dose of the compounds, also showing the effectiveness of compounds derived from the quinolines as molecules with the antineoplastic properties and his characteristics

Síndrome de Insuficiencia Limbal / Limbal Deficiency Syndrome

La córnea, el tejido transparente del ojo, está formada por un epitelio de cinco capas diferenciadas que está en continua renovación mediante una población de células madre limbocornéales ubicadas en su capa basal. Su actividad normal depende de una variedad de factores intrínsecos y extrínsecos, que de alterarse, pueden llevar a la pérdida parcial o total de las células progenitoras provocando la pérdida progresiva de la visión. Esta revisión pone de manifiesto la importancia de esta patología invalidante, constituyendo un gran problema de salud. Para tratarla se han desarrollado varias técnicas, siendo la más usada, históricamente, el trasplante de limbo mediante autoinjerto o aloinjerto acompañado de un tratamiento para inhibir la inflamación y la neovascularización. En la actualidad este procedimiento está siendo sustituido por las nuevas técnicas de ingeniería de tejidos, que tienen múltiples ventajas, como más seguridad, eficacia, eliminación de los riesgos de rechazo, disminución del tiempo de tratamiento y reducción de los costos. Usar las células limbales en cultivo ha hecho posible desarrollar técnicas cada vez más perfeccionadas y seguras, por lo que en la presente revisión se enfatiza en una de estas técnicas, la cual ha probado ser eficaz y ventajosa para obtener el epitelio de la córnea in vitro.

The cornea, the transparent tissue of the eye, is formed by an epithelium of five distinct layers that is in continual renewal through a population of limbocorneal stem cells located in the basal layer. Its normal activity depends on a variety of intrinsic and extrinsic factors, that altered, can lead to partial or total loss of progenitor cells leading to a progressive loss of vision. This article reviews the importance of this crippling disease, constituting a major health problem. Several techniques have been developed, but the transplant of the limbus using autograft or allograft accompanied by a treatment to suppress inflammation and neovascularization is still the most widely used. At present, this procedure is being replaced by the new techniques of tissue engineering, which have multiple benefits, such as more safety, efficiency, elimination of the risks of rejection, decrease of time of treatment and lower costs. The use of limbal cells cultures has made possible to develop a more secure and refined technology. In this review we emphasize one of these techniques, which has proven to be very effective and advantageous to produce the epithelium of the cornea in vitro.