Caracterización de la inhibición de la ornitina descarboxilasa por la cloroacetil-l-ornitina y su posible efecto antineoplásico

Abstract

ABSTRACT: Polyamines are essential for tissue differentiation, cell growth and cell division processes. As enzyme inhibition of its biosynthesis is a strategy used to develop new chemotherapeutic agents. For this reason, inhibition of metabolism of polyamines (PAA) has been selected as a possible target for cancer chemotherapy. With knowledge of the properties of the enzymes involved in biosynthesis of polyamines, various inhibitors were designed and are obtained inhibitors of ornithine decarboxylase (ODC) mainly, because is the enzyme that regulates the biosynthetic pathway. Currently more potent and selective inhibitors of the metabolism of polyamines are being developed, that are less toxic, which can pass through cell membranes and whose metabolism and excretion is not very fast. We know a considerable number of compounds that are capable of reducing ODC activity in cells, however, -difluoromethyl-ornithine is the only inhibitor of ODC, which has survived the trials preclinical and preliminary clinical as treatment in cancer chemotherapy, although one of its main drawbacks is its toxicity and accelerated metabolism. Enzymology Laboratory, Department of Biochemistry, ENCB-IPN is working on the design, synthesis and study of antineoplastic agents that are enzyme inhibitors of ODC. So in this work was synthesized and evaluated the N- chloroacetyl-L-ornithine (NCAO) as a potential inhibitor of ODC and as a potential cytotoxic agent for tumor cells in culture. NCAO, behaved as an inhibitor of ODC semipurified rat liver with an IC50 of 3.04 mM. By enzymatic determinations this compound was characterized and found that this is a competitive inhibitor type and reversible, presenting an inhibition constant of 1.5 mM. It also determined the effect of NCAO on the survival of different cell lines: Vero cells (control non-neoplastic), HeLa cells (cervical carcinoma) and Hep G2 (human hepatocarcinoma). Cytotoxic effects were observed in both cell lines dependent on concentration, although the effect was approximately 3 times higher on Hep G2 cells than on HeLa cells when cells were treated for 24 h with NCAO. NCAO produced cytotoxic effect, concentration and time dependent up to 72 h on HeLa cell without affecting control Vero cells. In addition, NCAO, caused inhibition of cell proliferation, dependent on the concentration on HeLa tumor cells without affecting the control Vero cells. According to the above, we could propose that NCAO, being a competitive inhibitor of ODC, causes reduced intracellular levels of polyamines, resulting in inhibition of proliferation of neoplastic cells in culture, Hep G2 and HeLa and increased death of them.

RESUMEN: Las poliaminas son esenciales para la diferenciación de tejidos, crecimiento celular y procesos de división celular. Por esta razón, la inhibición del metabolismo de las poliaminas (PAA) se ha seleccionado como blanco para la posible quimioterapia del cáncer. Con el conocimiento de las propiedades de las enzimas involucradas en la biosíntesis de las poliaminas, se han diseñado diversos inhibidores y se han obtenido principalmente inhibidores de la ornitina descarboxilasa (ODC), ya que es la enzima que regula la vía biosintética. En la actualidad se están desarrollando nuevos inhibidores del metabolismo de las poliaminas que sean más potentes y selectivos, menos tóxicos, que puedan atravesar fácilmente las membranas celulares y cuyo metabolismo y excreción no sea muy acelerado. Se conoce un número considerable de compuestos que son capaces de reducir la actividad de la ODC en células, sin embargo, la ?-difluorometil-ornitina es el único inhibidor de la ODC, que ha sobrevivido los ensayos preclínicos y clínicos preliminares como tratamiento en la quimioterapia del cáncer, aunque uno de sus principales inconvenientes es su toxicidad y su acelerado metabolismo. En el laboratorio de Enzimología del Departamento de Bioquímica de la ENCB del IPN, se trabaja en el diseño, síntesis y estudio de fármacos antineoplásicos que tengan como base ser inhibidores enzimáticos de la ODC. Por lo que en este trabajo se sintetizó y evaluó la N- cloroacetil-L-ornitina (NCAO) como posible inhibidor de la ODC y como posible agente citotóxico de células neoplásicas en cultivo. La NCAO se comportó como un inhibidor de la ODC semipurificada de hígado de rata con una IC50 de 3.04 mM. Mediante determinaciones enzimáticas se caracterizó la inhibición, encontrándose que se trata de un inhibidor de tipo competitivo y reversible, con una constante de inhibición de 1.5 mM. Se determinó también el efecto de la NCAO sobre la sobrevivencia de diferentes líneas celulares: células Vero (control no neoplásico), células HeLa (carcinoma cervical) y células Hep G2 (hepatocarcinoma humano). Se observaron efectos citotóxicos en ambas líneas celulares dependiente de la concentración, aunque el efecto fue aproximadamente 3 veces mayor sobre las células Hep G2 que sobre las células HeLa. cuando las células se trataron durante 24 h con la NCAO. La NCAO produjo efecto citotóxico dependientes de la concentración y del tiempo de tratamiento hasta por 72 h, sobre células HeLa, sin afectar a las células Vero control. Además, la NCAO, provocó inhibición de la proliferación celular, dependientes de la concentración sobre células neoplásicas HeLa sin afectar a las células Vero control. De acuerdo a todo lo anterior, podríamos proponer que la NCAO, por ser un inhibidor competitivo de la ODC, originó disminución de los niveles intracelulares de poliaminas, lo que condujo a inhibición de la proliferación de las células neoplásicas en cultivo, Hep G2 y HeLa y a incremento de la muerte de las mismas.