Autor: Ernesto Aparicio Puerta

Dirigida por: Michael Hackenberg y Juan Antonio Marchal Corrales

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2022

Departamento: Genética

Resumen:

El cáncer es la principal causa de muerte prematura (0-69) en España y en la mayoría de países de la Unión Europea. Los países en desarrollo se encuentran menos afectados, pero se espera que sus cifras aumenten en las próximas décadas como consecuencia del envejecimiento de la población y los cambios en el estilo de vida. Además de las pérdidas humanas, el cáncer es responsable de un gran impacto económico en los sistemas de salud y en las empresas. Por lo tanto, no es de sorprender que muchas farmacéuticas y agencias de investigación hayan hecho del cáncer la enfermedad cuya investigación mejor se financia. El cáncer es en realidad un conjunto heterogéneo de enfermedades que normalmente se denominan usando el tejido a partir del cual se originan. El pronóstico varía mucho en función del tipo de cáncer pero en la inmensa mayoría de casos, los pacientes se ven bene ficiados si se logra una detección precoz, ya que esto facilita también un tratamiento y diagnóstico tempranos, anticipándose así a una mayor progresión tumoral. En Estados Unidos, la mortalidad de cáncer de mama y colon ha disminuido en torno a un 40% en los últimos 25 años. Este descenso se ha logrado, entre otras cosas, como consecuencia de un aumento en los diagnósticos tempranos.

Autora: Ariane Rocha Bartolomeu

Dirigida por: Luís Fernando Barbisan y María Ángel García Chaves

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2022

Resumen:

El cáncer colorrectal (CCR) ocupa la tercera posición en el ranking de las neoplasias más mortales en todo el mundo. La incidencia está aumentando constantemente especialmente en países en desarrollo debido a la forma de vida “occidental”. Según el informe estadístico más reciente, más de 1.9 millones de nuevos casos y 935 mil muertes fueran identificados en el año 2020 en todo el mundo. Actualmente, las opciones antitumorales y/o citotóxicas disponibles en la terapia del cáncer de colon poseen una eficacia alrededor del 50% y un modesto impacto en la supervivencia, debido a la resistencia primaria o adquirida a los fármacos convencionales, por o que casi la mitad de los pacientes recaen con metástasis. La dieta es un factor importante en el desarrollo de CCR, en las últimas décadas amplios estudios epidemiológicos y experimentales han vinculado los hábitos alimenticios a la prevención y baja tasa de riesgo. El café está incluido en la dieta diaria en casi todo el mundo cuyos beneficios fueron evidenciados a través de estudios epidemiológicos y experimentales. La actividad antitumoral relacionada al consumo de café cursa con varios mecanismos moleculares que están siendo elucidados gradualmente. Los tres principales compuestos bioactivos del café son los alcaloides cafeína y trigonelina, y el polifenol ácido clorogénico. Nuestro trabajo pretende aportar información que aun no ha sido explorada acerca de los compuestos mayoritarios del café tanto aislados como combinados frente al CCR. Por lo tanto, el objetivo principal de ese trabajo ha sido demostrar la acción de los compuestos mayoritarios del café frente a modelos experimentales del CCR in vitro e in vivo, además de evaluar si eses efectos actúan sobre la subpoblación quiescente de células madre cancerígenas. Para ello hemos usado in vitro líneas celulares tumorales procedentes de adenocarcinoma de colon humano (HCT-116 y HT-29) crecidas en monocapa y crecidas en colonoesferas, así como modelos experimentales in vivo de inducción química de carcinogénesis en ratones Swiss Webster e injertos xenográficos en ratones NSG. Tras el tratamiento con los compuestos del café hemos evaluado su citotoxicidad, efectos antitumorales y sus mecanismos moleculares, a través de estudios histológicos y de la modulación de algunas dianas involucradas en los “hallmarks” del CCR. Nuestros resultados muestran propriedades quimiopreventivas de los compuestos del café (cafeína y ácido clorogénico) frente al modelo de carcinogénesis de colon inducido por DMH/DCA en ratones, a través de la modulación de importantes citocinas (IL-6, TNF-α e IL-17), además de tener acción antiproliferativa por la disminución de la expresión de la proteína ki-67 y regulación negativa de un biomarcador crucial en el CCR, el oncomir miR-21. Del mismo modo fueron observados efectos antiproliferativos en células cancerígenas de colon (HCT-116 y HT-29) cultivadas en monocapa, por parte de los compuestos del café cafeína y ácido clorogénico, mientras el compuesto trigonelina no produjo ningún efecto significativo. Además, las colonosferas secundarias enriquecidas en células madre cancerígenas (CMC) formadas con las mismas líneas celulares presentaron sensibilidad significativa a los compuestos aislados o combinados durante su exposición con 72 horas de manera dosis-dependiente, con excepción de la trigonelina que no presentó ningún efecto sobre dichas subpoblaciones. Diferentes interacciones antitumorales fueron observadas entre los dos compuestos cafeína y ácido clorogénico; dicha mezcla presentó un fuerte efecto antagónico sobre colonoesferas enriquecidas en CMC procedentes de la línea HCT-116, mientras que dicho efecto fue diferente en las colonoesferas enriquecidas en CMC procedentes de la línea HT-29, que dependió de la concentración elegida, observándose con la IC90 un fuerte efecto antagónico, con la IC50 un ligero efecto aditivo y con la IC10 un fuerte efecto sinérgico. Los marcadores de células madre cancerígenas fueran drásticamente reducidos (CD44 y CD326), así como la actividad de la enzima ALDH tras el tratamiento. Hubo un aumento en la retención del Hoescht 33342 que indicó también la reducción de las subpoblaciones de CMC tras la exposición a los compuestos del café. Además, hemos realizado dos protocolos de inoculación de colonoesferas en ratones, uno de pre-tratamiento oral con los compuestos del café más efectivos aislados o combinados y otra aproximación pos-tratamiento de la misma forma, teniendo en cuenta. que las dosis se basaron en el la concentración del consumo humano del café extrapolado a ratones. Los tumores procedentes de las CMC mostraron una significativa disminución en el grupo de ratones que recibió el pre-tratamiento en comparación con el grupo control al igual que ocurrió en el grupo de pos-tratamiento. Nuestros resultados demuestran, por tanto, que las proporciones de los mencionados compuestos del café correspondiente a una cantidad media del alto consumo humano pueden presentar propiedades preventivas o incluso terapéuticas respecto al desarrollo del CCR, abriendo una nueva aproximación para futuras investigaciones.

Saber más

Autor: Andrea Pisano

Dirigida por: Roberto Madeddu y Juan Antonio Marchal Corrales

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2021

Departamento: Anatomía y Embriología Humana

Resumen

El cáncer colorrectal (CCR) es uno de los cánceres más comunes en el mundo. CCR permanece en silencio hasta veinte años y su detección temprana permite un buen pronóstico. Las células madre cancerígenas (CMCs), un pequeño grupo de células presentes en la masa tumoral, juegan un papel importante en el CCR, contribuyendo a un peor pronóstico, diseminación metastásica, recaídas y resistencia terapéutica. Ampliar las herramientas moleculares para comprender y detectar mejor las CMC podría mejorar la lucha contra el CCR. Para ello, un grupo de moléculas particularmente interesantes son los microARNs (miARNs), pequeñas secuencias (19-22 nt) de ARN con una función reguladora en organismos, cuyas alteraciones están implicadas en un gran número de patologías, incluyendo el CCR. Este contexto representa el tema del presente trabajo doctoral, que utiliza un enfoque multidisciplinar, enlazando modelos in silico, in vitro y ex vivo, para analizar y caracterizar los niveles de expresión de algunos miARNs involucrados en las vías de (desarrollo de) CMC y relacionados con el estadío de CCR.

Saber más

Autora: María Belén García Ortega

Dirigida por: María Ángel García Chaves y Juan Antonio Marchal Corrales

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2021

Departamento: Bioquímica y Biología Molecular III e Inmunología

Resumen

El cáncer de colon y el melanoma maligno figuran entre las principales causas de morbilidad y mortalidad cuya incidencia está aumentando en todo el mundo.

En la actualidad, las opciones de tratamientos citotóxicos disponibles muestran bajas tasas de respuesta, importantes efectos secundarios y un bajo/medio impacto en la supervivencia, lo que pone de manifiesto la necesidad de terapias más eficaces y la detección de nuevos biomarcadores predictivos que podrían lograrse mediante un tratamiento personalizado, basado en el perfil molecular individual de los tumores.

El correcto y precoz diagnóstico del cáncer es esencial para un tratamiento adecuado y eficaz, ya que cada paciente requiere un régimen de tratamiento específico, que abarca una o más modalidades tales como la cirugía, la radioterapia y/o la quimioterapia. A pesar del éxito de los nuevos tratamientos, la mayoría de los pacientes progresan debido a la presencia de heterogeneidad intra e intertumoral que confiere resistencia y por tanto, la recaída de la enfermedad.

Los factores que contribuyen a la heterogeneidad son principalmente las interacciones con el microambiente, la respuesta inflamatoria, las mutaciones genéticas y la presencia de subpoblaciones de células madre cancerígenas (CSC). Esta pequeña subpoblación celular se caracteriza, entre otras, por su quiescencia, longevidad, lenta progresión del ciclo celular y, en consecuencia, alta resistencia a la radiación y a los fármacos citotóxicos, lo que finalmente explica la formación de metástasis y la recaída local tras largos periodos de inactividad. Por tanto, para prevenir la recaída del cáncer, se requieren nuevas estrategias terapéuticas eficaces frente a CSC; es por ello, que la búsqueda de fármacos específicos de baja toxicidad y de nuevos biomarcadores predictivos y pronósticos sigue siendo un enfoque muy atractivo.

De este modo, con el objetivo de buscar nuevos biomarcadores predictivos para los pacientes con cáncer, nuestro grupo ha identificado la proteína quinasa, PKR. La proteína quinasa R (PKR, también llamada EIF2AK2) es una proteína quinasa de ARN de doble cadena inducida por interferón, con múltiples efectos en las células, que participa activamente en la respuesta celular a numerosos tipos de estrés. PKR ha sido ampliamente estudiada y documentada por su importancia como agente antiviral y regulador del crecimiento celular. PKR ha sido identificada previamente por nuestro grupo como una diana terapeútica del fármaco quimioterapéutico 5-Fluorouracilo (5-FU), induciendo la muerte de las células tumorales por apoptosis de una forma independiente y complementaria al supresor de tumores p53. Además PKR está regulada por un pre-mir886 no codificante (nc886), que ha sido identificado en suero de pacientes con metástasis teniendo alto potencial para ser un biomarcador detectable en biopsias líquidas.

Nuestros datos muestran la gran variabilidad en los niveles de expresión y localización de PKR entre muestras tumorales y los tejidos sanos en pacientes con cáncer de colon metastásico (plasma y epitelio de colon). Los niveles de expresión y localización de PKR junto con la expresión del nc886 han permitido identificar grupos de pacientes con diferentes respuestas al tratamiento basado en el uso del 5-FU apoyando el gran potencial de esta proteína, y el pre-microRNA que la regula como posibles biomarcadores predictivos en diferentes tipos de cáncer. Además, PKR es inducida por el Interferón tipo I (IFN), una citoquina ampliamente conocida por su actividad antiviral y antitumoral. De hecho, el melanoma no metastásico de alto riesgo sigue siendo tratado con altas dosis de Interferón alpha (IFN- α) con una mejora significativa en la Supervivencia Libre de Enfermedad en los pacientes a través de un mecanismo que aun no es entendido del todo. En la presente tesis, hemos analizado el efecto del tratamiento con dosis bajas y altas de IFN-α sobre melanosferas enriquecidas en subpoblaciones de CSCs demostrando que dicha citoquina tiene una potente acción antitumoral frente a estas subpoblaciones tanto in vitro como in vivo, lo que contribuye a profundizar en el mecanismo de acción de estas citoquinas y a idear nuevas terapias basadas en combinaciones eficaces contra estas poblaciones resistentes.

Dado que se están imponiendo nuevas inmunoterapias en el melanoma y otros tumores sólidos, así como diferentes combinaciones están en fase de ensayo clínico para evitar resistencias, la eficacia de los interferones sobre las CSCs, incluso a dosis bajas y con menos efectos secundarios, debería considerarse como un tratamiento combinado potencialmente importante contra la recaída de la enfermedad en oncología. Recientemente, la comunicación celular mediante vesículas extracelulares ha cobrado gran importancia por su implicación en cáncer. Los exosomas derivados del tumor son abundantes en los fluidos corporales de los pacientes oncológicos, incluidos los que padecen melanoma maligno, y están envueltos en numerosos procesos como el inicio, la progresión y la metástasis tumoral. En este trabajo, hemos demostrado la modulación del IFN-α en el tráfico de vesículas específicas y producción de exosomas de células madre de melanoma, sugiriendo su papel como potenciales biomarcadores en nuevas terapias contra el cáncer. Además, por primera vez, se han encontrado diferencias significativas en el perfil metabolómico de los exosomas derivados de las CSC de melanoma en comparación con la población de células diferenciadas tratadas con IFN- α.

La caracterización metabolómica de los exosomas abre una puerta al descubrimiento de biomarcadores de pronóstico y diagnóstico del melanoma maligno para su enfoque clínico y traslacional.

Saber más

Autor: José Luis Palacios Ferrer

Dirigida por: Juan Antonio Marchal Corrales y Houria Boulaiz

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2021

Departamento: Anatomía y Embriología Humana

Resumen

Malignant melanoma (MM) is the most aggressive and life-threatening form of skin cancer and its incidence rapidly continues increasing worldwide. This type of cancer is often curable, but only if detected early. When diagnosed in early stages of disease (I and II), it has an excellent prognosis, but the mortality rate drastically rises in advanced stages (III and IV) after distant spread. Despite the progress made in recent years, diagnosis of MM remains challenging. To date, there are no suitable clinical diagnostic, prognostic or predictive biomarkers for this neoplasia. Several candidate biomarkers have been proposed but few have reached clinical application. Thus, there is still an urgent need for discovering specific useful biomarkers and for developing methods that can sensitively detect this neoplasia at the earlier pre-metastatic stages. It is known that the extraordinary metastasis capacity and chemotherapy resistance of this type of cancer are mainly due to intratumoral heterogeneity and, specifically, to MM cancer stem cells (CSCs). These cells represent a subpopulation of cancer cells which possess stem-like functional properties such as self-renewal ability and multipotency, and they are responsible for tumor initiation, progression, therapy resistance, relapse and metastasis. In addition, accumulating evidence supports the idea of the multiple roles that exosomes play in cancer’s biology. These small extracellular vesicles are involved in cell-to-cell communication and, by transferring their cargo, cancer cell-derived exosomes are able to induce in target cells diverse signalling pathways involved in tumor initiation, sustenance, progression and metastasis. These tiny messengers are actively released by all cells, including CSCs, to the extracellular matrix and to the bloodstream, making of them an interesting source of circulating biomarkers that can be easily isolated from the different body fluids by liquid biopsies. In this context, several omics technologies and analytical platforms, such as metabolomics and LC-HRMS, represent powerful tools for detecting and analyzing the expression levels of circulating metabolites in liquid biopsies that might serve as potential biomarkers not only for cancer, but also for other diseases. Taking all these facts into account, the main goal of this study was to identify potential CSC-derived exosomal and serological biomarkers using metabolomics techniques (LC-HRMS) with diagnostic, prognostic or predictive value for malignant melanoma. First, a patient-derived MM cell population enriched in CSCs was appropriately characterized. Next, exosomes derived from those MM-CSCs and serums from patients with MM were also characterized and their metabolomic profile was analyzed by LC-HRMS following an untargeted approach and applying univariate and multivariate statistical analyses. These analyses revealed significant metabolomic differences between exosomes derived from MM-CSCs compared to those from MM differentiated cells, as well as between serum-derived exosomes from patients with MM at several stages of disease and those derived from healthy individuals. Various metabolites showed a clear differential pattern of expression across the different sample groups of comparison and some of them were tentatively identified. Interestingly, we identified similarities in some structural lipids from both CSC-derived exosomes and those derived from patients with MM, such as the glycerophosphocoline PC 16:0/0:0. According to biomarker evaluation models, all those differential metabolites showed an excellent discrimination capacity between the two groups of samples (patients with MM and healthy controls), suggesting that they could be considered as potential exosomal biomarkers for this disease. Taking together, these results proved that metabolomic characterization of CSC-derived exosomes sets an open door to the discovery of clinically useful biomarkers for MM diagnosis. Along the same line and aiming at the same objective, another similar metabolomic study was also carried out but using a larger sample size. A total of 105 serum samples from both healthy individuals and patients with MM were analysed by LC-HRMS, following a similar nontargeted approach. Here again, significant metabolomic differences were found between patients in stage I of disease and healthy controls, and 10 candidates were consequently selected and identified as different classes of glycerophospolipids such as glycerophosphoethanolamines (PEs), glycerophosphocholines (PCs), cytidine diphosphate diacylglycerol (CDP-DG), or oxidized glycerophospholipids (POB-PS and PKOHA-PG). They all were suggested as potential biomarkers for early diagnosis of MM, since they yielded remarkable diagnostic capacities based on ROC curves analyses and biomarker evaluation models. All together, the results presented herein provide evidence that metabolomics and LCHRMS analytical platforms represent powerful tools for the identification and quantification of exosomal and serological metabolites in liquid biopsies, which could serve as potential biomarkers not only for MM, but also for other types of cancer. Given we are living in the era of effective molecular targeted treatments and immunotherapies, the discovery, validation and implementation into clinic of suitable biomarkers is more necessary than ever. Consequently, more funding and research are needed in order to find suitable biomarkers that could aid or improve early and accurate MM diagnosis. In this regard, untargeted LC-MS-based metabolomics applied to liquid biopsies and circulating compounds could pave the way for those achievements, since studies like this demonstrate its value for biomarker research, as well as its general applicability for translational research and precision medicine in oncology.

Saber más

Autor: Saúl Abenhamar Navarro Marchal

Dirigida por: José Manuel Peula García, Rosario María Sánchez martín y Juan Antonio Marchal Corrales

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2020

Departamento: Física Aplicada

Resumen

Nanomedicine is playing a growing part in pharmaceutical research and development, primarily in the form of nanoparticle-based delivery systems for drugs and imaging agents. The development of targeted therapies, especially for cancer, is one of the main goals of nanomedicine today. Conventional chemotherapy usually prompts modest tumor response and provokes undesirable side effects due to the nonspecific action of drugs on proliferating tissues. To avoid these and other disadvantages, drug nanocarriers should be formulated to deliver the antitumor drug directly to the cancerous cells. The main objective of the application of nanomedicine in cancer is to have a better therapeutic effect, to increase the bioavailability and to allow the administration of lower doses of drug while obtaining lower toxicity rates and improving the patient’s quality of life. Another objective is to overcome the multiple mechanisms of drug resistance that make this treatment ineffective in a high percentage of cancer cases since cancer cells have the ability to evade cytotoxicity.

Saber más

Autora: María Auxiliadora Olivares Urbano

Dirigida por: Juan Antonio Marchal Corrales y María Isabel Núñez Torres

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2020

Departamento: Anatomía y Embriología Humana

Resumen

Autor: Adrián González González

Dirigida por: Sergio Granados Principal y Juan Antonio Marchal Corrales

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2020

Departamento: Bioquímica y Biología Molecular II

Resumen

El cáncer de mama es uno de los tumores más frecuentemente diagnosticados a nivel global, y tiene un importante impacto sanitario en la población de mujeres debido a su gran incidencia y tasa de mortalidad asociada. Entre los diferentes subtipos que existen, atendiendo a la presencia, o no, de los receptores de estrógeno, progesterona y HER2 (Human Epidermal growth factor Receptor 2), encontramos el cáncer de mama triple negativo (TNBC), denominado así por la ausencia de estos tres receptores. Este subtipo es el más agresivo de cáncer de mama, debido en gran medida a su heterogeneidad celular, favorecida además por procesos como la transición epitelio mesenquimal (EMT), y a la capacidad metastásica junto a la resistencia a la radio/quimioterapia debida a la población de células madre tumorales (CSCs). Todas estas propiedades tumorogénicas están reguladas por diferentes vías de señalización, como es el caso de la ruta de TGFβ. Estudios anteriores de nuestro grupo revelaron que al estimular con TGFβ1 las células mamarias MCF10A, se observaba una sobreexpresión del gen ATF4 (Activating Transcription Factor 4), sin que hubiese estrés celular. Al contrastar la expresión de este gen en las bases de datos de pacientes de cáncer de mama, vimos que se podía asociar altos niveles de expresión con un peor pronóstico. Bajo estas premisas, investigamos si ATF4 puede regular o mediar la agresividad inducida por TGFβ en TNBC, y afectar de este modo a la supervivencia de las pacientes. Este trabajo es el primero en demostrar el potencial de ATF4 como un nuevo biomarcador pronóstico y diana terapéutica frente al cáncer de mama triple negativo.

Saber más

Autora: Carmen Griñán Lisón

Dirigida por: Juan Antonio Marchal Corrales y María Isabel Núñez Torres

Universidad de defensa: Universidad de Granada

Año de defensa: 2020

Departamento: Anatomía y Embriología Humana

Resumen

El objetivo principal de este trabajo fue demostrar cómo la IR afecta la expresión de miRNAs relacionados con las propiedades de células madre en diferentes subtipos moleculares de BC. Nuestros resultados mostraron que la exposición a dosis de 2, 4 y 6 Gy afecta al fenotipo, a las características funcionales, a los genes de pluripotencia y a la capacidad tumorogénica in vivo de diferentes subtipos moleculares de células de BC (según el estado ER, PR y HER-2) cultivadas en monocapa y en suspensión como mamosferas (BCSCs). El efecto de la IR sobre ocho miRNAs (miR-210, miR-10b, miR-182, miR-142, miR-221, miR-21, miR-93, miR-15b) que desempeñan un papel importante en la tumorogénesis, las características de células madre y la radio-resistencia, mostró una variabilidad de la expresión según la subpoblación de la línea celular estudiada y las características clinicopatológicas de los pacientes con BC. En este trabajo concluimos que una implementación clínica mediante biopsia líquida de una determinada firma de miRNAs podría ser de gran utilidad para implementar regímenes de dosis de RT personalizados y de precisión, que mejorarían el pronóstico, los tratamientos y la supervivencia de los pacientes con BC, debido a la implicación de los miRNAs en la determinación de la biología de las CMC.

Saber más