Use of the lipid fingerprint for the identification of new biomarkers and therapeutic targets in colon cancer

Resumen

Actualmente el estudio de los lípidos de membrana en el campo de la biomedicina está cambiando gracias a los sólidos adelantos en las técnicas analíticas, que han facilitado la descripción detallada de numerosos y diferentes lipidomas. La irrupción de las técnicas de imagen por espectrometría de masas (IMS), que proporcionan la distribución bidimensional de centenares de especies lipídicas en una única sección de tejido, han permitido demostrar sin lugar a duda la especificidad de esta distribución. La posibilidad de establecer perfiles complejos, basados en la combinación de las diferentes especies moleculares detectadas, ofrece la oportunidad de identificar una amplia variedad de potenciales biomarcadores de diagnóstico. Además, la estrecha participación de los lípidos de membrana en los procesos biológicos también podría usarse para controlar la progresión de una enfermedad o la respuesta al tratamiento. El lipidoma ha demostrado ser muy sensible no solo al tipo celular sino también a procesos biológicos, incluyendo la diferenciación, la malignización y la muerte celular. En este sentido, nuestros estudios previos en los que se analizron los cambios en la huella lipídica a lo largo del epitelio del colon, demuestran que hay una estricta regulación a nivel de especies moleculares, concomitante al proceso de diferenciación de colonocitos y la alteración de la regulación en el tejido tumoral. Teniendo en cuenta esto, el primer objetivo de la tesis fue profundizar en los mecanismos que regulan el metabolismo de los lípidos de membrana durante la diferenciación y malignización de los colonocitos. Para ello se realizó un enfoque con múltiplos técnicas que incluyen: clasificación de células activadas por fluorescencia y citometría de flujo, análisis del transcriptoma mediante microarrays de expresión génica y análisis del lipidoma por IMS en muestras de pacientes de cáncer colorrectal (CCR). Los resultados incluidos en esta tesis destacan que los cambios en la composición de lípidos, incluso si estos implican un cambio fenotípico relativamente simple, involucran un gran número de agentes reguladores, pudiendo ser alguno de ellos una potencial diana reguladora. El segundo objetivo de la tesis fue aplicar las técnicas de IMS al estudio de la huella lipídica para identificar alteraciones sutiles en el lipidoma para contribuir a definir y afinar los protocolos de estratificación en condiciones patológicas. En particular, se analizaron muestras de pacientes con CCR, enfermedad inflamatoria intestinal (MII) y glioblastoma multiforme (GBM). El análisis comparativo de muestras sanas y de CCR demostró la capacidad de las técnicas de IMS para detectar alteraciones moleculares asociadas a la huella lipídica. Así pues, se identificó la relación de los aductos lipídicos de [Na+] y [K+] como un potencial biomarcador patológico de tumorigénesis. Las alteraciones en esta ratio condujeron a la identificación de un posible objetivo farmacológico del CCR: la subunidad reguladora beta 2 de canal de potasio dependiente de voltaje. La expresión de este canal está fuertemente asociada con la supervivencia del paciente, la heterogeneidad molecular del tumor y la reducción notable de la proliferación tumoral en estudios in vitro de CCR. A continuación, el análisis de biopsias de MII demostró que el epitelio de inflamado era capaz de mantener algunos de los gradientes en los lípidos de la membrana. Los cambios en el contenido de las especies que contienen ácido araquidónico permitieron la discriminación entre la mucosa sana y la de MII. Además, se detectó la distribución gradual de una especie de esfingomielina tanto en el colon sano como en las criptas de MII, con una posible implicación en la diferenciación de colonocitos. Finalmente, también se aplicó IMS para investigar el impacto de la temozolomida, tratamiento de referencia del GMB, sobre el lipidoma cerebral. Curiosamente, se detectaron más cambios en el cerebro sano que en el tejido tumoral. El estudio de la alteración de lípidos de la membrana ocasionados por GBM y los perfiles de expresión génica permitieron establecer un papel interesante de los ácidos grasos poliinsaturados en diferentes subtipos moleculares de GBM, ofreciendo una base sólida para explorar más a fondo nuevas dianas farmacológicas. En conjunto, los resultados describen la complejidad de la regulación de fenotipos lipídicos específicos y destacan la sensibilidad de la huella lipídica en diferentes fracciones celulares, estados proliferativos y condiciones fisiopatológicas. Además, estos resultados enfatizan la versatilidad del MALDI-IMS en el estudio de la composición de lípidos de membrana y la detección de alteraciones moleculares asociadas a procesos celulares específicos.