UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE MEDICINA

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE MEDICINA EVALUACIÓN DE LA AUTOFAGIA EN LA MUERTE CELULAR INDUCIDA POR COBRE POR JUAN ANTONIO CASTILLO GONZÁLEZ COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTOR EN CIENCIAS CON ORIENTACIÓN EN MORFOLOGÍA NOVIEMBRE, 2016

2 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN FACULTAD DE MEDICINA EVALUACIÓN DE LA AUTOFAGIA EN LA MUERTE CELULAR INDUCIDA POR COBRE POR M.C. JUAN ANTONIO CASTILLO GONZÁLEZ COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTOR EN CIENCIAS CON ORIENTACIÓN EN MORFOLOGÍA NOVIEMBRE, 2016

3 EVALUACIÓN DE LA AUTOFAGIA EN LA MUERTE CELULAR INDUCIDA POR COBRE Aprobación de la tesis: Dra. C. María de Jesús Loera Arias Directora de Tesis Dr. C. Humberto Rodríguez Rocha Co-Director De Tesis Dra. C. Aracely García García Comisión De Tesis Dr. C. Roberto Montes De Oca Luna Comisión De Tesis Dra. C. Odila Saucedo Cárdenas Comisión De Tesis Dra. Med. Raquel Garza Guajardo Subdirectora De Estudios De Posgrado MONTERREY, N.L. NOVIEMBRE, 2016 III

4 EVALUACIÓN DE LA AUTOFAGIA EN LA MUERTE CELULAR INDUCIDA POR COBRE Presentado por M.C. Juan Antonio Castillo González Este trabajo se realizó en el Departamento de Histología de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Nuevo León, bajo la dirección de la Dra. María de Jesús Loera Arias y la co-dirección del Dr. C. Humberto Rodríguez Rocha. FIRMAS Dra. C. María De Jesús Loera Arias Directora de Tesis Dr. C. Humberto Rodríguez Rocha Co-director de Tesis MONTERREY, N.L. NOVIEMBRE, 2016 IV

5 RESUMEN M.C Juan Antonio Castillo González. Fecha de titulación: Noviembre 2016 Universidad de Nuevo León Facultad de Medicina. Título del estudio: EVALUACIÓN DE LA AUTOFAGIA EN LA MUERTE CELULAR INDUCIDA POR COBRE Páginas en el estudio: 79 Área de estudio: Morfología Candidato para el grado de Doctor en Ciencias con Orientación en Morfología Propósito y método de estudio: Se sabe que el cobre cumple en nuestro organismo la función de ser cofactor de varias enzimas que participan en una amplia gama de procesos de gran relevancia fisiológica. Cuando su homeostasis esta desregulada induce patologías tales como la Enfermedad de Menkes y Wilson, aunque también está relacionado con otras como la enfermedad de Alzheimer, Parkinson, esclerosis lateral amiotrófica, enfermedades priónicas, etc. Ante situaciones de estrés la célula lleva a cabo un proceso catabólico denominado macro autofagia (comúnmente denominado autofagia) para contrarrestar cualquier insulto celular; sin embargo, esta reportado que si este proceso se encuentra saturado y/o inhibido puede conducir a la muerte celular. El objetivo de este trabajo fue definir el papel de la autofagia en la sobrevivencia y/o muerte celular inducida por cobre. Para ello se procedió a cultivar células HEK-293 a las cuales se les incubó con diferentes concentraciones de Cu 2+ para determinar el incremento de la conversión del marcador de autofagia LC3-I a LC3-II. En paralelo, se determinó el efecto del Cu 2+ sobre la viabilidad celular mediante las técnicas de azul tripano y calceína; así como también un Western Blot para corroborar si el cobre induce autofagia (por medio del uso de hidroxicloroquina). Además, se analizó la inducción de autofagia en células expuestas a otros metales como Zn 2+, Mn 2+ y Fe 3+. Por último, se realizó microscopia electrónica de transmisión a células expuesta a Cu 2+ y Zn 2+ para determinar la presencia de autofagosomas. Conclusiones y contribuciones: Se determinó que conforme se incrementa la concentración de Cu 2+ se incrementa la señal del marcador de autofagia LC3-II, así como una disminución en la viabilidad celular de células HEK Del resto de los metales analizados, únicamente el Zn 2+ fue capaz de inducir autofagia y se comprobó la formación de autofagosomas en células HEK-293 expuestas a cobre o zinc. A manera de conclusión, se determinó que el cobre induce la muerte celular y la autofagia de manera dosisdependiente en la línea celular HEK-293. Dra. María de Jesús Loera Arias Director de Tesis V

6 ABSTRACT Copper fulfills in our organism the function of being cofactor of several enzymes that participate in a wide range of processes of great physiological relevance. When its homeostasis is dysregulated induces pathologies such as Menkes Disease and Wilson, although it is also related to others such as Alzheimer's disease, Parkinson's disease, amyotrophic lateral sclerosis, prion diseases, etc. In situations of stress the cell carries out a catabolic process called macro autophagy (commonly called autophagy) to counteract any cellular insult; however, it is reported that if this process is saturated and/or inhibited it can lead to cell death. The aim of this study was to define the role of autophagy in copper-induced survival and/or cell death. For this purpose, HEK-293 cells were cultured and incubated with different concentrations of Cu 2+ to determine the increase in the conversion of the autophagy marker LC3-I to LC3-II. In parallel, the effect of Cu 2+ on cell viability was determined by trypan blue and calcein techniques; as well as a Western Blot to corroborate whether copper induces autophagy (through the use of hydroxychloroquine). In addition, the autophagy induction was analyzed in cells exposed to other metals such as Zn 2+, Mn 2+ and Fe 3+. Finally, transmission electron microscopy was performed on cells exposed to Cu 2+ and Zn 2+ to determine the presence of autophagosomes. It was determined that as the concentration of Cu 2+ increases the signal of the autophagy marker LC3-II, as well as a decrease in cell viability of HEK-293 cells. Of the rest of the analyzed metals, only Zn 2+ was able to induce autophagy and autophagosomes were detected in HEK-293 cells exposed to copper or zinc. As conclusion, copper was determined to induce cell death and autophagy in a dose-dependent manner in the HEK-293 cell line. VI

7 AGRADECIMIENTOS Agradezco a mi comisión de tesis sobre todo a la Dra. María de Jesús Loera Arias, así como al Dr. Roberto Montes de Oca Luna y a cada una de las personas que me apoyaron de manera directa e indirecta durante todo el doctorado. Aprecio mucho sus consejos, recomendaciones, comentarios y momentos que me compartieron. Agradezco al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la beca otorgada durante mi doctorado. Agradezco de manera especial a mis padres y hermano, personas especiales para mí y amigos que me apoyaron a lo largo de estos años. VII

8 CONTENIDO TEMÁTICO Capítulo Página I. INTRODUCCIÓN Metales de importancia biológica Cobre y su relevancia biológica Absorción y homeostasis del cobre Patologías ligadas al exceso / deficiencia de cobre Macro autofagia (autofagia) Mecanismos moleculares de la autofagia Autofagia selectiva Relación entre cobre autofagia Modelo celular HEK II. JUSTIFICACIÓN E HIPOTESIS Justificación Hipótesis 30 III. OBJETIVOS Objetivo general 31 VIII

9 3.2. Objetivos específicos 31 IV. ESTRATEGIA GENERAL 32 V. MATERIALES Material biológico Material para cultivo celular Reactivos Reactivos para cultivo celular Reactivos para tratamientos con metales y análisis de la autofagia Reactivos para geles de acrilamida Reactivos para Western Blot Anticuerpos para Western Blot Equipos Equipos generales Equipo para cultivo celular Equipo para Western Blot Equipo para Microscopia Electrónica de Transmisión 38 VI. MÉTODOS Cultivo celular de células HEK IX

10 6.2. Ensayos de viabilidad celular por ensayo de calceína Ensayos de viabilidad celular por azul de tripano Cuantificación de proteína total Western Blot para la detección del marcador de autofagia LC3- II 6.6. Microscopía electrónica (MET) para la observación de autofagosomas Inhibición del flujo de la vía de la autofagia Estadística 43 VII. RESULTADOS El cobre disminuye de manera dosis dependiente la viabilidad celular El cobre induce autofagia en la línea celular HEK El Zn induce autofagia en la línea celular HEK El cobre y el zinc induce la formación de autofagosomas en la línea celular HEK VIII. DISCUSIÓN 54 IX. CONCLUSIÓN 65 X. REFERENCIAS 66 X

11 ÍNDICE DE FIGURAS Figura Contenido Página 1 Tabla periódica de los elementos 2 2 Absorción, transporte y homeostasis del cobre 7 3 Enfermedad de Menkes 11 4 Enfermedad de Wilson 13 5 Autofagia 17 6 Mecanismo de autofagia 22 7 Ensayo de viabilidad celular por medio con calceína 45 8 Ensayo de viabilidad celular por azul de tripano en células HEK tratadas con diferentes concentraciones de CuSO4, durante 24 horas 9 Activación de la autofagia por cobre Detección de LC3-II en células tratadas con CQ Análisis de la inducción de la autofagia en células tratadas con Zn Análisis de la inducción de la autofagia en células tratadas con Fe Análisis de la inducción de la autofagia en células tratadas con Mn Inducción de la formación de autofagosomas por Cu 2+ y Zn XI

12 ÍNDICE DE TABLAS Tabla Contenido Página 1 Metales de importancia biológica y sus principales funciones 3 metabólicas 2 Componentes que se unen al cobre en el plasma sanguíneo 5 3 Enzimas humanas que requieren cobre como cofactor 6 XII

13 LISTA DE ABREVIATURAS C Grados centígrados. µl Microlitros µm Micromolar AMPK Adenosin-5-monofosfato proteína quinasa activada ATG Genes relacionados a la autofagia ATM Ataxia telangiectasia mutada ATTC American Type Culture Collection AV Vacuolas autofagicas BCA Ácido bicinconínico Bcl-2 Proteína de linfoma de células B-2 b-fgf Factor básico de crecimiento de fibroblastos BID Dominio BH3 interactivo antagonista de muerte BNIP3 Proteína interactiva E1B 19Kda de BCL2/Adenovirus Co Cobalto CO 2 Dióxido de carbono. COMMD1 Dominio contenido del metabolismo de cobre 1 CQ Hidroxicloroquina Cr Cromo Cu Cobre Cu + Ión cúprico Cu 2+ Cu-DA CuSO 4 DMEM DMT1 E1 EDTA eif2α ERAD Ión cuproso Complejos cobre-dopamina Sulfato de Cobre Medio basal de Eagle modificado de Dulbecco. Proteína de transporte de metal di catión Proteína temprana del gen 1 de adenovirus Ácido etilendiaminotetraacético Factor iniciativo eucariótico 2α Sistema de degradación por proteosoma relacionada con degradación asociada a ER F FeCl 3 Flúor Cloruro de Fierro XIII

14 FOXO3 Factores de transcripción FOXO3 Fpn1 Transportador de hierro ferroportina-1 GRX1 Glutaredoxina hctr1 Proteína humana transportadora de cobre 1 HEK-293 Línea celular proveniente de células de riñón fetal línea celular 293 HIF Factor inducible por hipoxia I Yodo IL-1,6 Interleucina 1, 6 Ire-1 Proteínas asociadas a membranas de ER JNK c-jun N-terminal quinasa JNK Quinasas c-jun N-terminal LC3-I /II Proteína 1/2 asociada al microtúbulo LDL Lipoproteínas de baja densidad LMP Permeabilización de la membrana lisosomal MAF1 Represor de la transcripción de RNA polimerasa III homólogo de MAF1 MET Microscopia Electrónica de Transmisión Mn Manganeso MNK Proteína de Menkes MnSO 4 Sulfato de Manganeso Mo Molibdeno MT3 Metaloteina 3 mtor Blanco de la rampamicina en mamíferos NaCl Cloruro de Sodio NADH Di nucleótido de adenina NBR1 Proteína cercana al gen BCR 1 NF-kβ Factor nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células B activadas NP-40 Nonil Fenoxypoliethoxyletanol NRF2 Factor nuclear derivado eritroide-2 P38 MAPK p38 proteína quinasa activada por mitogenos MAPK P62/SQSTM1 Nucleoporina 62/ sequestroma 1 p70 S6K Proteína quinasa S6 ribosomal p70 PAX2 Factor pareado del box gene 2 PBS Buffer de Fosfato Salinos. PI3/Akt Fosfoinositol 3-quinasas/proteína quinasa B PI3K Fosfatidilinositol-3-quinasa clase III XIV

15 PKC Proteína quinasa C PrP Proteína Priónica PrPsc Enfermedad de Scrapie PSG4 Proteína beta 1 glicoproteína especifica de embarazo 4 Redox Reacciones de óxido-reducción ROS Especies reactivas de oxígeno Se Selenio SOD Superóxido dismutasa TBS-T Buffer Tris Salino con Tween 20 TNF-α Factor de Necrosis Tumoral a TORC1 Coactivador transcripcional regulado por CREB-1 Tsc1 / Tsc2 Proteínas de esclerosis tuberosa 1/ 2 ULK Quinasas tipo Unc-51 UPR Respuesta a proteínas mal plegadas UPS Sistema Ubiquitina-Proteosoma UVRAG Proteína génica asociada a la resistencia a la radiación ultravioleta V Vanadio VEGF Factor de crecimiento de endotelio vascular Zn Zinc ZnSO 4 Sulfato de Zinc XV

16 Capítulo I. INTRODUCCIÓN 1.1. Metales de importancia biológica El 96% de la materia viva del planeta se encuentra compuesta por 4 elementos químicos: oxígeno, nitrógeno, carbono e hidrógeno. Se reconoce que 50 elementos de la tabla periódica se encuentran en los organismos vivos, identificándose, tanto en humanos como en mamíferos, a 23 elementos que poseen actividad fisiológica, de los cuales 11 han sido clasificados como elementos traza (ET) y/u oligoelementos Figura 1 (Fraga, 2005; Frieden, 1972; Kienlen, 1976), cuatro de estos elementos se encuentran en el período 4 de la tabla periódica, por lo que poseen una relación favorable entre tamaño de núcleo/accesibilidad de electrones, otorgándoles la capacidad de interactuar con moléculas orgánicas presentes en los organismos vivos (Fraga, 2005; Frieden, 1985). Entre los oligoelementos se encuentran metales de transición como: Vanadio (V), Cromo (Cr), Manganeso (Mn), Hierro (Fe), Cobalto (Co), Cobre (Cu), Zinc (Zn) y Molibdeno (Mo) y elementos no metálicos como el Selenio (Se), Yodo (I) y Flúor (F), los cuales son requeridos en la dieta en cantidades muy pequeñas de alrededor de menos de 100mg/día (Fraga, 2005; Frieden, 1974). 1

17 Figura 1. Tabla periódica de los elementos. Se señalan los iones importantes en amarillo, en rojo los elementos que componen el 96% de la materia viva, en azul los elementos que son cofactores y en negro elementos que resultan tóxicos (Fraga, 2005) Los metales encontrados en los oligoelementos se encuentran unidos a proteínas u otras moléculas pequeñas tales como fosfatos, fitatos, polifenoles y otros compuestos quelantes (Shi et al., 2005). Dentro de las proteínas, en la categoría de las enzimas, los metales cumplen con tres funciones: la primera es que forman parte de los sitios activos de las enzimas, la segunda es que se encargan de estabilizar las estructuras tanto terciarias como cuaternarias de las proteínas, y la tercera es la asociación con los substratos, para formar complejos de unión débiles, contribuyendo así a la orientación del sustrato para llevar a cabo la reacción correspondiente o estabilizar los estados de carga de transición (Fraga, 2005; Nielsen, 1990). Una vez que forman parte de los constituyentes de los sitios activos, los metales que poseen electrones no pareados, llevan a cabo la 2

18 mediación de los procesos de óxido-reducción (redox) por medio de cambios reversibles en sus estados de oxidación, facilitando la transferencia o recepción de electrones de o desde el substrato y/o el cofactor (Fraga, 2005; Stohs and Bagchi, 1995). En la Tabla 1 se resumen las funciones principales de los 4 metales más relevantes a nivel fisiológico (Cu, Zn, Mn y Fe). Metal Cu (Fraga, 2005; Linder and Hazegh-Azam, 1996) Zn (Tapiero and Tew, 2003) Mn (Davis and Greger, 1992; Rabin et al., 1993) Fe (Chanarin, 1999) Función biológica Desarrollo de tejido conectivo, recubrimiento de nervios y hueso. Reductante en las enzimas superóxido dismutasa, citocromo oxidasa, lisil oxidasa y dopamina hidroxilasa. Relacionado con la actividad de alrededor de 300 enzimas (RNA polimerasa, anhidrasa carbónica Presente en los dedos de zinc en el DNA Relacionado con el desarrollo óseo Metabolismo de aminoácidos, lípidos y carbohidratos Forma parte de las enzimas Mn superóxido dismutasa, glutamina sintasa, arginasa, así como en varias hidrolasas, transferasas y carboxilasas. Este metal se encuentra en 4 clases de proteínas: Fe-Hemo (mioglobina, catalasa, citocromo). Fe-sulfuro (aconitasa, fumarato reductasa). Proteínas de transporte y almacén de hierro (hemosiderina, lactoferrina, ferritina). Otras (dinucleótido de adenina deshidrogenasa (NADH), succionato deshidrogenasa, alcohol deshidrogenasa). Tabla 1. Metales de importancia biológica y sus principales funciones metabólicas. 3

19 1.2. Cobre y su relevancia biológica El cobre es un elemento traza de gran relevancia para los seres vivos, tanto en su forma oxidada Cu 2+, como en su forma reducida Cu + (Linder and Goode, 1991), debido a que interviene en la fosforilación oxidativa mitocondrial, la desintoxicación de radicales libres, la síntesis y desnaturalización de neurotransmisores, la formación de pigmentos, la síntesis de tejido conectivo y el metabolismo del hierro (Madsen and Gitlin, 2007; Peña et al., 1999). Se calcula que la concentración de cobre en un ser humano adulto (con un peso promedio de 70 kilogramos) es de alrededor de 100 mg, distribuidos la mayor parte en el esqueleto, medula ósea (46 mg), músculo esquelético (26 mg), hígado (10 mg), cerebro (8mg) y sangre (6mg) (Linder and Goode, 1991), de los cuales se calcula que la concentración de cobre libre en el tejido sanguíneo es de entre a M, mientras que el cobre restante se encuentra unido a diferentes componentes del plasma sanguíneo, tal como se muestra en la Tabla 2 (Linder and Goode, 1991; Scott and Turnlund, 1994; Tapiero et al., 2003; Turnlund et al., 1989). 4

20 Componente µg/l µm % Ceruplasmina Albumina Transcupreína Ferroxidasa II Superóxido dismutasa <10 < 0.16 <1 (SOD) extracelular y glicoproteína rica en histidina Factores de coagulación < 5? * < 0.08 < 0.5? * V y VII Metalotioneina y amino < 1? * < 0.02 < 0.1? * oxidasa Componentes de kda Péptidos pequeños y aminoácidos Tabla.2. Componentes que se unen al cobre en el plasma sanguíneo (Tapiero et al., 2003). *Posibles concentraciones La mayoría de los átomos de este metal están involucrados como cofactores de diversas enzimas como las mostradas en la Tabla 3 (Tapiero et al., 2003). Simultáneamente, este metal interviene en otros procesos no enzimáticos como lo son la angiogénesis, mielinización de nervios y la actividad de endorfinas (Lane et al., 1994); así como también presenta un papel relevante en el desarrollo cerebral, reproducción, expresión génica, desarrollo y crecimiento sano (Kodama and Fujisawa, 2009; Kodama et al., 1999). 5

21 Enzima Función Citocromo c- oxidasa Cu/Zn SOD Metalotioneínas Ceruplasmina (extracelular) Proteina-lisina-6- oxidasa Tirosinasa (catecol oxidasa) Dopamina-βmonooxigenasa Enzima α-amidasa Diamina oxidasa Amina oxidasa (extracelular) Peptidil glicina monoxigenasa Hefaestina CMGP Proteína precursora de β-amiloide Proteína Priónica (PrP) S-Adenosil L- homocisteína Angiogenina Factores de coagulación V y VII Transporte de electrones dentro de la mitocondria Desintoxicación de radicales libres Almacenaje de exceso de Cu y otros metales divalentes (excepto Fe 2+ ) Posible donador de cobre a ciertas apoproteínas Ferroxidasa encargada de promover el flujo de hierro desde el hígado hasta los scavengers sanguíneos de especies reactivas de oxígeno (ROS, por sus siglas en inglés) Transporte de cobre Entre cruzamiento de colágeno y elastina Formación de melanina Producción de catecolaminas Maduración de péptidos hipotalámicos Inactivación de histamina y poliaminias? (Celulares y extracelulares) Inactivación de histamina, tiramina, dopamina y serotonina? Activación de péptidos hormonales Ferroxidasa localizada en la red trans Golgi de los enterocitos, apoya en la absorción de hierro Homologa a la ceruplasmina Ferroxidasa / amina oxidasa, homologa a la ceruplasmina (Condrocitos y epitelio ciliar ocular) Se desconoce su función normal Posible actividad similar a SOD debido a su unión a cobre. Puede regresar el cobre a las neuronas en su sinapsis Hidrolasa metabólica para aminoácidos con sulfuro Formación de vasos sanguíneos Coagulación sanguínea Tabla 3. Enzimas humanas que requieren cobre como cofactor (Tapiero et al., 2003). 6

22 1.3. Absorción y homeostasis del cobre El cobre es absorbido por el estómago y el intestino delgado, principalmente en la región del íleon como se muestra en la Figura 2 (Turnlund et al., 1989). Sin embargo, el tracto gastrointestinal recibe alrededor de 1 mg de cobre al día proveniente de la dieta y alrededor de 4.5 mg/día a través de la saliva, bilis, jugos gástricos y células en apoptosis de la mucosa gastrointestinal (Wapnir, 1998). Figura 2. Absorción, transporte y homeostasis del cobre. En esta figura se esquematiza el proceso desde la absorción del cobre hasta su distribución a distintos órganos (Behari and Pardasani, 2010). A nivel celular la principal bomba relacionada en el transporte del cobre en los enterocitos es la proteína humana transportadora de cobre 1 (hctr1, por sus siglas en inglés). Se localiza en la membrana plasmática de los enterocitos, en donde actúa como un transportador convencional, otorga una vía permeable a los 7

23 iones Cu 2+ y puede internalizarse ante una alta concentración de cobre. Se reconoce que este transportador posee una alta afinidad cuya acción es dependiente del tiempo; además, está bajo influencia de la saturación de iones de cobre, es susceptible a la acción del ph ácido extracelular y a las altas concentraciones de potasio (Lee et al., 2002). Por otro lado el transporte del ion Cu + en las células intestinales es llevado a cabo por la proteína de transporte de metal di catión I (DMT1, por sus siglas en inglés), conocido también como Nram2 o DCT1 (Arredondo et al., 2003). Atreves de diferentes estudios se ha elucidado que el transporte de Cu 2+ y el de Fe 2+ están interconectados, (Han and Wessling-Resnick, 2002) demostrándose que la suplementación con cobre en células Caco-2 activa a los receptores DMT1 como la hefaestina y el transportador de hierro ferroportina-1 (Fpn1), esclareciendo la relación en la regulación del transporte de hierro por parte del cobre en las células intestinales (Wapnir, 1998). Una vez que llega el cobre al citoplasma, este ion es transportado a través del citoplasma por medio de metalotioneínas (Crisponi et al., 2010; Kägi and Vallee, 1960), siendo la unión del cobre a las metalotioneínas un proceso esencial para evitar la toxicidad y estrés oxidativo inducido por el cobre (Sturniolo et al., 1999). Así mismo, dichas proteínas se encargan del transporte del cobre desde el polo luminal de las células intestinales hasta el polo baso-lateral (Bremner, 1980). A partir de la región baso-lateral son transportados hacia el principal transportador de cobre a través de la membrana basal celular, la ATP7A, conocida 8

24 también como proteína de Menkes (MNK) (Bankier, 1995). Trabajos previos bajo condiciones de falta y exceso de cobre en células epiteliales intestinales, han demostrado que bajo condiciones de escasez de cobre la proteína ATP7A es retenida en la red trans de Golgi (Nyasae et al., 2007); en contraparte, en condiciones de exceso de cobre, la ATP7A se relocaliza desde el aparato de Golgi hacia la periferia celular (Greger and Snedeker, 1980). En conjunto con la ATP7A se reporta otra proteína distinta de transporte de cobre, la ATP7B (proteína Wilson) que, en conjunto con la ATP7A, lleva a cabo funciones esenciales en la homeostasis del cobre (Lutsenko et al., 2007). En el hígado la ATP7B se localiza en la red trans de Golgi, en donde provee iones cobre a cupro-enzimas esenciales. En condiciones de estrés tanto la ATP7A y ATP7B detectan el incremento de los niveles de cobre y se translocan a la membrana de la célula para liberar el exceso de cobre (La Fontaine and Mercer, 2007). En los hepatocitos la ATP7B se encuentra en la red trans de Golgi cuando la concentración de cobre alcanza niveles muy escasos (por debajo de 1µmol/L); en contraste, cuando las concentraciones son altas se distribuye en estructuras vesiculares y canalículos biliares (Roelofsen et al., 2000). La Glutaredoxina (GRX1) también ha sido propuesta como esencial en la función de ATP7A/B, mediante la catálisis de los enlaces di sulfuro y la reversión de la glutationización de los residuos de cisteína en los seis dominios de unión de cobre, MXCXXC, favoreciendo la unión a cobre y subsecuentemente su transporte (Lim et al., 2006). Adicionalmente, otra proteína, la subunidad p62 de la dinactina, interactúa con la ATP7B, dando lugar al complejo ATP7B/p62, siendo un 9

25 componente relevante en la vía en donde el cobre unido a ATP7B es enviado a las vesículas subapicales del hepatocito para remover el exceso de cobre de la bilis (Lim et al., 2006) Patologías ligadas al exceso o deficiencia de cobre Una gran parte del conocimiento con el que se cuenta hasta el momento sobre los mecanismos de la homeostasis del cobre a nivel molecular proviene de los modelos de dos enfermedades relacionadas con el metabolismo del cobre: la enfermedad de Menkes (Figura 3), la cual se caracteriza por una aparente deficiencia de cobre; y la enfermedad de Wilson (Figura 4), que se manifiesta como un exceso de cobre en el cuerpo (Andrews, 2002; Llanos and Mercer, 2002; Mercer, 1998). Dichas enfermedades son diferentes entre sí, pero su origen surge a partir de dos bombas de cobres muy similares, la ATP7A y ATP7B, respectivamente (Tapiero et al., 2003). Los análisis genéticos tanto de pacientes con enfermedad de Menkes, como de modelos animales, han demostrado que alrededor del 20% de las mutaciones que producen esta enfermedad son deleciones en el gen de la ATP7A, al igual que cambios en un par de bases, mutaciones de empalme, mutaciones sin sentido y duplicaciones (Tümer and Horn, 1997). En estos pacientes el cobre no puede ser expulsado de las células intestinales por las bombas de cobre, lo cual evita que el metal llegue al torrente sanguíneo al hígado y de ahí al resto del 10

26 cuerpo (Kaler, 1998), mimetizándose como una severa deficiencia nutricional de cobre. Figura 3. Enfermedad de Menkes. En este esquema se muestran los síntomas de la enfermedad de Menkes (Tapiero et al., 2003). Por otro lado, la enfermedad de Wilson, conocida también como degeneración hepatolenticular, es una enfermedad autosómica recesiva del cromosoma 13, en donde el transporte de cobre se encuentra alterado (Llanos and Mercer, 2002; Mercer, 2001). Se estima que existen una frecuencia de 1/30,000, lo cual indica una frecuencia heterocigota de 1/90 en toda la población (Stern et al., 2007). Esta enfermedad es provocada por la poca o nula incorporación del cobre en la ceruplasmina derivando en una excreción biliar deficiente de cobre, debido a mutaciones en la proteína ATP7B. Esto permite el desarrollo de una toxicosis a 11

27 causa del exceso de cobre almacenado en el organismo, principalmente en hígado y cerebro, y en menor cantidad riñones, ojos y otros órganos (Stern et al., 2007). Los síntomas se manifiestan en rangos de edad que abarcan desde los 3 a 50 años de edad y pueden ser variados; pero los principales abarcan manifestaciones hepáticas, neurológicas y psiquiátricas, y raramente renales, esqueléticas o endocrinas. Las manifestaciones de la enfermedad a nivel hepático pueden ser de dos tipos, aquellas que aparentan ser una cirrosis aguda mientras las manifestaciones más agresivas evolucionan rápidamente hacia una hepatitis fulminante (Ferenci et al., 2003). A nivel neurológico, el daño ocurre inicialmente en el putamen y globo pálido, conocidos en conjunto como núcleo lenticular (razón por la que a la enfermedad también se le denomina degeneración hepatolenticular), induciendo síntoma tales como temblor en las extremidades superiores, movimientos lentos y cambio de temperamento (Ferenci et al., 2003). Una característica muy evidente de esta enfermedad es la presencia de anillos Kayser-Fleischer, de color café oxidadado en los bordes externos del iris, resultado del acumulamiento de cobre, evidenciando que el cobre ha empezado a acumularse en el sistema nervioso e iniciado el daño sobre este. Este síntoma se presenta alrededor del 90% de los casos de esta enfermedad, y ocasionalmente, con colestasis prolongada y cirrosis criptogénica (Ferenci et al., 2003). 12

28 Figura 4. Enfermedad de Wilson. Principales síntomas de la enfermedad de Wilson (Tapiero et al., 2003) Aunque el papel del cobre en patologías humanas, no se limita solamente a la enfermedad de Wilson y Menkes, existen reportes que relacionan al cobre con cáncer, diabetes, problemas cardiovasculares, ateroesclerosis y enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Parkinson. Huntington, esclerosis lateral amiotrófica) (Jomova and Valko, 2011). Para el caso del cáncer se ha demostrado que existe un alza en la concentración de cobre tanto en suero como tejido tumoral a comparación de un paciente sano y de otros metales tales como el zinc, hierro y selenio cuyas concentraciones disminuyen durante el desarrollo del tumor (Gupte and Mumper, 2009). Una de las posibles explicaciones de dicho aumento en la concentración del cobre es debido a que el metal favorece la angiogénesis, un mecanismo por el 13

29 cual los tumores desarrollan vasos sanguíneos que facilitan el transporte de nutrientes a través de la sangre hacia el tumor (Folkman, 1995). Este proceso es favorecido por la acción de diferentes citosinas y factores de crecimiento tales como la interleucina 1 (IL-1), factor básico de crecimiento de fibroblastos (b-fgf), factor de necrosis tumoral α (TNF-α ) y factor de crecimiento de endotelio vascular (VEGF). La relación del cobre con estos factores fue establecida gracias a que se ha demostrado que, al eliminar el cobre en modelos celulares, la expresión de estos factores y citosinas se ve suprimida (Brem et al., 1990). En lo que respecta a la diabetes, problemas cardiovasculares y ateroesclerosis, se ha reportado que los niveles de ceruplasmina incrementan tanto en la diabetes tipo 1 como en el tipo 2, a comparación de individuos sanos (Uriu-Adams and Keen, 2005). De manera simultánea, los pacientes con diabetes que padecen de complicaciones de la misma enfermedad como retinopatía e hipertensión, presentan altas concentraciones de cobre en el plasma (Kang et al., 2000). Una posible explicación a esto es que las proteínas glicosiladas poseen una mayor afinidad hacia metales de transición tales como el cobre, pudiendo con esto favorecer la formación de radicales libres incrementando el estrés oxidativo en la diabetes (Yim et al., 2001). De hecho, los daños inducidos por estrés oxidativo (proteínas dañadas, peroxidación de lípidos y daño en el DNA) han sido observados e implicados en la patogénesis de las complicaciones de diabetes (Aydın et al., 2001; Flores et al., 2004). Igualmente se ha reportado que niveles elevados de ceruplasmina, y por consecuencia de cobre, se encuentran relacionados a enfermedades cardíacas y 14

30 coronarias; observándose que las moléculas antiinflamatorias, como lo son las lipoproteínas de alta densidad (HDL) cambian durante la fase aguda de la enfermedad a moléculas proinflamatorias (Cunninghamn et al., 1995). También el cobre está involucrado con la ateroesclerosis, siendo la evidencia más relevante la posible interacción del cobre con la homocisteína, produciendo radicales libres y oxidando las lipoproteínas de baja densidad (LDL), las cuales han sido localizadas en las placas ateroescleróticas (Haidari et al., 2001). En el campo de las enfermedades neurodegenerativas, el cobre, se encuentra relacionado a diversas patologías, tales como las encefalopatías espongiformes (enfermedad de la vaca loca, Scrapie y Creutzfeldt-Jakob), enfermedad de Huntington, enfermedad de Parkinson y enfermedad de Alzheimer (Bleackley and MacGillivray, 2011). Para el caso de las encefalopatías espongiformes, estas son causadas por alteraciones en la estructura de la PrP, cuya función específica no está aún bien definida, pero se ha relacionado a esta proteína en la homeostasis del cobre en el cerebro, transportando cobre hacia la célula protegiéndola del estrés oxidativo, entre otras funciones (Westergard et al., 2007); así mismo, se ha demostrado in vivo que se esta proteína se une al cobre (Rana et al., 2009). En el caso de la enfermedad de Scrapie, el mecanismo neurotóxico es inducido por la interacción entre el cobre y otro metal (Zn, Fe y Mn), alterando la unión a metales por la proteína PrPSc y contribuyendo al desarrollo de la patología (Wong et al., 2001). 15

31 En lo concerniente de la enfermedad de Huntington, tanto las concentraciones de hierro y cobre se encuentra elevadas en el cuerpo estriado de los pacientes que la padecen (Dexter et al., 1991). Las características de esta enfermedad es el deterioro progresivo a nivel motor, cognitivo y psiquiátrico, producto de la expansión dominante en el extremo amino de glutamina en la proteína huntingtina. La proteína mutante es procesada por la caspasa 6, siendo los productos de su escisión los mediadores de la enfermedad (Graham et al., 2006). Tanto en su estado normal como mutante esta proteína interacciona exclusivamente con el ion cobre. Además, se ha reportado que el cobre promueve la agregación, mientras que el tratamiento quelante previene la agregación de los fragmentos de la proteína mutante (Fox et al., 2007). Además, el cobre se encuentra relacionado con la aceleración en la agregación de la α-sinucleína, lo que favorece la formación de cuerpos de Lewis en la enfermedad de Parkinson (Rasia et al., 2005), y se posee evidencia de que el cobre interactúa con la proteína precursora del β-amiloide en la enfermedad de Alzheimer (Dingwall, 2007) Macro autofagia (autofagia) La autofagia (del vocablo auto de propio y fagia de comer), se refiere a cualquier proceso de degradación celular, en el cual se vea involucrada la entrega de componentes citoplasmáticos hacia los lisosomas. Este término fue acuñado por Christian de Duve, hace más de 50 años (alrededor de 1963) al observar la 16

32 degradación de mitocondrias y otras estructuras intracelulares dentro de lisosomas localizados en los hígados de ratas perfundidos con la hormona glucagón (Deter and De Duve, 1967; Klionsky, 2007; Ohsumi, 2014; Zhang et al., 2016). Figura 5. Autofagia. Vía general de la macro autofagia (autofagia) (Rodriguez-Rocha et al., 2011). Existen tres tipos principales de autofagia reconocidas: autofagia mediada por chaperonas, macro autofagia (comúnmente denominada autofagia) y micro autofagia. Estos procesos varían de acuerdo a sus funciones fisiológicas y en el modo en el cual transportan el material citoplasmático para su degradación lisosomal (Levine and Kroemer, 2008). 17

33 A nivel genómico se reconocen 32 diferentes tipos de genes relacionados con la autofagia (Atg), identificados por medio de tamizaje genético en levaduras. De manera significativa, muchos de estos genes se han conservado en otros organismos eucariotas, enfatizando la relevancia de la respuesta a la falta de nutrientes a nivel filogenético (Nakatogawa et al., 2009). Uno de los eventos más relevantes en la autofagia, es la escasez de energía, debido a la falta de nutrientes o a cantidades limitadas de ATP (Glick et al., 2010), lo cual induce a la activación de AMPK y por consecuencia esta quinasa activa la autofagia. De igual modo la falta de factores de crecimiento induce a la inhibición del coactivador transcripcional regulado por CREB-1 (TORC1, por sus siglas en inglés), encargado de inhibir la autofagia; sin embargo, cuando la AMPK se encuentra activa y/o se inhibe TORC1, el proceso de autofagia se activa. El principal objetivo de la autofagia, es la entrega de componentes celulares al interior de los lisosomas para ser degradados, con el fin de obtener recursos para cumplir con la demanda energética y de metabolitos requeridos durante periodos de hambruna. Sin embargo, este proceso también puede llevar a cabo la degradación selectiva de orgánulos dañados o sobrantes (autofagia selectiva) (Green and Levine, 2014). A nivel general, este proceso inicia cuando se forma una membrana de aislamiento, denominada fagoforo, la cual posiblemente provenga de una membrana lipídica del retículo endoplásmico (ER) y/o de la red trans de Golgi y endosomas, aunque su origen especifico resulta algo controversial (Axe et al., 18

34 2008; Simonsen and Tooze, 2009). Como se observa en la Figura 5, esta estructura se expande para rodear el material a degradar, y por lo tanto, llevar a la formación de una estructura membranosa denominada autofagosoma (Mizushima, 2007). Al poseer contenido, el autofagosoma se fusiona con lisosomas, dando paso al autofagolisosoma y promoviendo la degradación del material de su interior por medio del uso de las proteasas acidas lisosomales. Una vez degradado el contenido hasta aminoácidos, u otros materiales, las permeasas y transportadores lisosomales los exportan hacia el citoplasma, donde son reutilizados para la creación de macromoléculas o en distintos procesos metabólicos (Mizushima, 2007). Los 5 pasos esenciales en el proceso de autofagia son: 1) la formación del fagoforo; 2) la conjugación de Atg5-Atg12 y su interacción con Atg16L y su multimerización en el fagoforo; 3) el procesamiento de la cadena ligera 3 de la proteína 1 asociada al microtúbulo (LC3) y su inserción en la membrana durante la expansión del fagoforo; 4) la captura de material aleatorio o específico para su degradación y 5) la fusión con los lisosomas y la degradación del contenido del autofagolisosoma (Glick et al., 2010). 19

35 1.6. Mecanismos moleculares de la autofagia Se reconoce que el primer paso regulatorio de la autofagia, involucra la represión del blanco de la rampamicina en mamíferos Ser/Thr quinasa (mtor, por sus siglas en inglés), encargada de inhibir la autofagia por medio de la fosforilación del Atg13 (Figura 6). Esta fosforilación promueve la disociación del Atg13 de un complejo proteico que contiene la quinasa Atg1 y Atg17, y a la par inactiva la actividad quinasa de Atg1. Sin embargo, cuando mtor es inhibido, la Atg13 desfosforilada se asocia con Atg, estimulando la actividad catalítica, induciendo la autofagia (Díaz-Troya et al., 2008). Entre los pasos iniciales de la nucleación de la vesícula, se encuentra la activación de Vps34, una clase de fosfatidilinositol 3-quinasa clase 3 (PI3K) para generar el fosfatidilinositol-3 fosfato. La activación de esta quinasa es dependiente de la formación de un complejo proteico en el cual Beclin-1 (análogo de Atg6 en mamíferos), el gen supresor de tumores relacionado a la resistencia a UV (UVRAG, por sus siglas en inglés) y p150 forman parte (Backer, 2008; Liang et al., 2006). Una vez ensamblado este complejo, 2 sistemas similares a ubiquitina son encargados del proceso de la elongación de la vesícula, como se observa en la Figura 6. El primero involucra la conjugación de Atg12 a Atg5, por la actividad similar de E1 de Atg7, y la similar a E2 de Atg10. El segundo involucra la conjugación de fosfatidiletanolamina (PE) a LC3 (en mamíferos) / Atg8 (en 20

36 levaduras), por la acción secuencial de la actividad proteolítica de Atg4, la actividad parecida a E1 de Atg7 y la actividad parecida a E2 de Atg3, para dar paso a la formación de la forma asociada a vesículas (LC3-II), a partir de forma soluble de LC3 (LC3-I). Debido a esto, LC3-II es utilizada como un marcador de autofagia. Sin embargo, el mecanismo donde interviene Atg9 es aún poco conocido (Barth et al., 2010; Kabeya et al., 2000; Kirkin et al., 2009). Conforme los autofagosomas maduran se fusionan con lisosomas para formar los autolisosomas En estos, la membrana interior y el contenido luminal de las vacuolas es degradado por las enzimas lisosomales (Eskelinen, 2008). Cabe mencionar que el proceso de autofagia puede ser inducido o inhibido por diferentes tipos de fármacos. Entre los fármacos inductores se encuentra la rampamicina. Mientras entre los fármacos reportados que inhiben dicho proceso se encuentran aquellos que inhiben las PI3K clase 3 como la 3-metiladenina, o los que evitan la actividad de las bombas de protones lisosomales como la bafilomicina A1 o aquellos agentes alcalinizantes lisosomales tales como la cloroquina y la 3- hidroxicloroquina (Rubinsztein et al., 2007). 21

37 Figura 6. Mecanismo de la autofagia. Circuito molecular y señalización regulatoria de la autofagia (Maiuri et al., 2007) Autofagia selectiva Aunque en general la autofagia ha sido vista como un proceso aleatorio, debido a que se engulle cualquier componente del citoplasma sin discriminación, por microscopia electrónica se han distinguido una variedad de componentes celulares incluyendo mitocondrias, membranas de ER y Golgi (Eskelinen, 2008). Adicionalmente, existe mucha evidencia que indica que la membrana del fagoforo en crecimiento puede interactuar selectivamente con agregados proteicos y orgánulos, haciendo que se proponga que LC3-II, actúa como un receptor en el fagoforo con un adaptador que se encuentra en el blanco a degradar (agregados 22

38 de proteínas, mitocondrias, etc.) para promover su captura y degradación selectiva (Glick et al., 2010). La molécula mejor descrita en este aspecto es la nucleoporina 62/ sequestroma 1 (p62/sqstm1), un adaptador multifuncional que promueve la remoción de agregados de proteínas poli-ubiquitinadas. La mutación de este adaptador se encuentra relacionada con la enfermedad de Paget, patología en donde la remodelación de los huesos resulta en malformaciones óseas, artritis y daño a los nervios (Ralston, 2008). Los osteoclastos de los pacientes que sufren esta enfermedad muestran una baja señalización del factor nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células B activadas (NF-kβ) como resultado de la acumulación de proteínas poli-ubiquitinadas, lo cual comprueba la relación entre la autofagia y un desarrollo normal de los huesos (Ralston, 2008). Otras moléculas, tales como la proteína cercana al gen BCR 1 (NBR1), poseen una función similar a p62/sqstm1 relacionada con promover la remoción de proteínas ubiquitinadas, mientras que, en levaduras, Uth1 y Atg32 han sido identificadas como proteínas que promueven la adquisición selectiva de mitocondrias, un proceso denominado mitofagia, el cual es relevante para mantener la integridad de la mitocondria y limitar la producción de ROS (Kim et al., 2007). Se puede mencionar que la autofagia selectiva tiene una gran relevancia para el caso de neuropatías, cáncer y enfermedades cardiacas (Glick et al., 2010). Ejemplos de esta relación se han establecido en modelos murinos carentes de 23

39 Atg7 (Komatsu et al., 2005), en donde agregados de proteínas poli-ubiquitinadas asociadas a p62 se acumulan, y en conjunto con la deleción de Atg7 y p62 se ha observado que la célula se salva de formar inclusiones citosólicas aberrantes (Komatsu et al., 2007). Lo anterior coincide con lo observado en los cuerpos de Mallory, los cuales se encuentran acumulados en carcinomas hepatocelulares humanos, en donde su componente más prominente es p62. Recientemente se ha indicado que un alto nivel de p62 juega un papel importante en la desregulación de la señalización de NF-kβ, induciendo una inflamación relacionada con el proceso de tumorigénesis (Mathew et al., 2009). Se sabe que la acumulación de agregados intracelulares es un factor muy relevante en enfermedades neurodegenerativas tales como la enfermedad de Alzheimer, Huntington, Parkinson y la Creutzfeld-Jakob/prion. Por ejemplo, las repeticiones de poliglutaminas, observadas en mutantes de la proteína huntingtina (enfermedad de Huntington), formas mutantes de α-sinucleína (enfermedad de Parkinson familiar) y diferentes formas de la proteína Tau (enfermedad de Alzheimer) son dependientes de la autofagia para su remoción en las neuronas (Hara et al., 2006; Rubinsztein, 2006; Yue et al., 2009). Además, se ha observado que la inactivación de los genes Atg5 o Atg7 resulta en un incremento en los agregados intracelulares y el desarrollo de neurodegeneración en modelos murinos (Hara et al., 2006; Komatsu et al., 2005). 24

40 1.8. Relación entre cobre y autofagia Se reconoce que el cobre induce autofagia tanto en células neuronales como tumorales (Paris et al., 2009; Zhang et al., 2016). Un ejemplo de esto son los complejos cobre-dopamina (Cu-DA), los cuales inducen a una excesiva mitofagia y, subsecuentemente, una muerte por apoptosis en líneas celulares catecolaminérgicas (Paris et al., 2009). Así mismo, el cobre potencia el flujo de la autofagia en células dopaminérgicas, de manera dosis-dependiente. Se ha reportado que la inducción de la autofagia es producto de la activación de la señalización de AMPK-ULK; por otro lado, la inhibición de la autofagia a nivel genético agrava la muerte celular inducida por cobre, indicando un posible papel protector en contra de la apoptosis relacionada a cobre (Anandhan et al., 2015). Esta reportado además el desarrollo de compuestos cúpricos como tratamientos antitumorales; por ejemplo, el complejo coordinado de cobre Cas-III-ia, posee la capacidad de inducir autofagia en células de glioma C-6 posiblemente por la formación de ROS y la posterior activación de JNK por medio de ROS (Trejo-Solís et al., 2012). La inhibición de la autofagia inducida por Cas-III-ia potencia la muerte celular inducida por este compuesto, por lo cual se considera que la autofagia es un proceso antagónico de la apoptosis. A la par, otro complejo cúprico anti tumoral, HYF127c/Cu, ha sido reportado de inducir autofagia con acción protectora a través de la activación de la señalización de la p38 proteína quinasa activada por mitogenos MAPK (p38 MAPK, por sus siglas en inglés) (Zhong et al., 2014). En contraste, compuestos basados en Cu, como el LCu, activan la muerte celular inducida por ROS en células HeLa (Guo et al., 2010). Las diferencias entre 25

41 los resultados obtenidos pueden deberse al tipo celular a usarse, concentraciones y tiempos de exposición; sin embargo, todos los estudios señalan que el cobre es capaz de inducir autofagia. Por lo cual aún no existe un consenso con respecto en el papel protector o inductor de la autofagia ante la presencia de cobre (Zhang et al., 2016) Modelo celular HEK-293 La línea celular proveniente de células de riñón fetal línea celular 293 (HEK- 293) fue reportada por primera vez en el año de 1977 cuando Graham et al reportó la transfección con el adenovirus tipo 5 de células de riñón fetal de un aborto legal, aisladas por Alex van der Ebs en 1973 (Graham et al., 1977). Se ha demostrado que las células HEK-293, y otras líneas celulares derivadas de estas (293T y 293S), poseen de 5 a 6 copias de fragmentos de DNA de adenovirus 5, los cuales codifican para el gen temprano 1 (E1) (Lin et al., 2014). Un sitio de inserción del DNA del adenovirus 5 se encuentra en el locus de la beta 1 glicoproteína especifica de embarazo 4 (PSG4), localizada en el cromosoma 19q13.2 (Lin et al., 2014). Cabe mencionar que después de las células HeLa y células CHO, las células HEK-293 son las más utilizadas para diversos procesos (Lin et al., 2014), tales como la producción de vacunas adenovirales (Stepanenko and Dmitrenko, 2015), producción de proteínas recombinantes (Geisse and Fux, 2009), ensayos 26

42 de sinapsis neuronales en cultivos mixtos (Biederer and Scheiffele, 2007), electrofisiología y neurofarmacología (Thomas and Smart, 2005). Así mismo, se ha utilizado para el análisis de la transformación y/o capacidad oncogénica de genes asociados a cáncer (Kavsan et al., 2011). Debido a esto, no es tan correcto mencionar que dichas células son células no tumorigénicas o aún células normales (Stepanenko and Dmitrenko, 2015). Aún no se ha podido determinar exactamente de qué tipo de tejido en específico pertenecen las células HEK-293, ya que se han considerado por mucho tiempo como células epiteliales de riñón embrionario (Cusick et al., 2010) o fibroblastos (Yung et al., 2012). Algunos autores han demostrado que expresan marcadores de estadios de desarrollo renales entre la mesénquima condesado y cuerpos epiteliales en forma de S, pero sin expresión de marcadores de segmentos tubulares, túbulos proximales, o conductos colectores (Torban and Goodyer, 1998), además de la expresión ectópica del factor pareado del box gene 2 (PAX2), el cual es relevante para los estadios tempranos para la nefrogénesis, así como de E-cadherina, vimentina modificada, y Wilms 1 Tumor, de tal manera como sucede en la transición del mesénquima del epitelio hacia la nefrogénesis in vivo (Torban and Goodyer, 1998). Se puede indicar que cuando estas células son crecidas en esferas 3D en placas de baja adherencia de cultivo celular, las HEK-293 incrementan marcadores de células madres embrionarias, endodermo, mesodermo y ectodermo, así como de células progenitoras renales, marcadores de glomérulos, 27

43 túbulos proximales, asa de Henle y túbulos distales, a comparación de las células cultivadas en monocapa (Su et al., 2013). Al analizar las líneas celulares que resultan blancos preferenciales para el Ad5, mediante inmunocitoquímica como análisis de transcriptoma, se asumió que las células HEK-293 posiblemente son derivadas de un linaje neuronal, al igual que otras células transformadas por Ad, tanto humanas como murinas, las cuales expresaban neurofilamentos y más de 60 genes específicos de neuronas, entre ellos neuroreceptores, subunidades de canales de iones neuronales, vesículas sinápticas, y enzimas metabólicas (Shaw et al., 2002) (Thomas and Smart, 2005). Una posible explicación de la presencia de estos marcadores es la expresión de la proteína E1 del Ad5, la cual realiza una reprogramación en el transcriptoma, haciendo que las células sean capaces de expresar un fenotipo similar a neuronas bajo ciertas condiciones (Arnhold et al., 2008). Además, estudios electrofisiológicos de las células HEK-293 demostraron canales dependientes de voltaje endógenos específicos de neuronas de calcio, potasio y sodio y sensibles a diversos agonistas relacionados en la señalización neuronal (ejemplo acetilcolina, bradiquinina, histamina, neurotensina y ATP) (He and Soderlund, 2010; Vetter and Lewis, 2010). Igualmente, estas células pueden servir como vehículos para la propagación de virus altamente neurotrópicos (virus de la polio y rabia) (Campbell et al., 2005; Jahan et al., 2011; Madhusudana et al., 2010). Aun así, estas células no manifiestan un fenotipo funcional neuronal, pero poseen características de células de linaje neuronal (Stepanenko and Dmitrenko, 2015). 28

44 No obstante, en estudios más recientes del transcriptoma de estas células, y comparándolo con otros previamente publicados y de diferentes tejidos humanos (riñón, SNC, glándula pituitaria, y glándulas adrenales), se observó que el mayor número de coincidencias correspondía a la glándula adrenal, mientras que el riñón fue la que tuvo menos coincidencias (Lin et al., 2014). Por lo que se realizó la hipótesis que las células HEK-293 son originadas en la estructura precursora adrenal embrionaria (medula adrenal), la cual está sumamente relacionada con el riñón durante el desarrollo y con el origen de la cresta neuronal del ectodermo (Lin et al., 2014). 29

45 Capítulo II. JUSTIFICACIÓN E HIPÓTESIS 2.1. Justificación Debido a la transcendencia biológica del cobre en la célula y su relación en patologías de importancia médica, es de gran interés determinar los mecanismos implicados en la muerte celular inducida por este metal. 2.2 Hipótesis La sobre exposición al ion cobre, induce la activación de la autofagia en células HEK

46 Capítulo III. OBJETIVOS 3.1. Objetivo general Definir el papel de la autofagia en la sobrevivencia y/o muerte celular inducida por cobre Objetivos específicos 1. Determinar si el cobre induce muerte celular en la línea celular HEK Demostrar si el cobre activa la vía de la autofagia en esta línea celular. 3. Determinar si otros metales inducen autofagia en esta línea celular. 4. Comprobar el proceso de autofagia mediante la identificación de autofagosomas. 31

47 Capítulo IV. ESTRATEGIA GENERAL Para llevar a cabo los objetivos planteados en el presente proyecto de tesis, se realizó la siguiente estrategia general. Cultivo celular de celúlas HEK-293 Exposición a diferentes concentraciones de iones metalicos Ensayos de viabilidad celular Western Blot para la detección de LC3-I / LC3-II Microscopía electrónica de transmisión (MET) 32

48 Capítulo V. MATERIALES 5.1. Material biológico Línea celular HEK-293 de riñón embrionario humano Esta línea celular fue desarrollada por Graham et al en el año de 1977 (Graham et al., 1977), mediante la transfección con DNA de adenovirus tipo 5 en células de riñón embrionario humano, dichas células poseen el gen E1 integrado en su genoma. Su registro en la American Type Culture Collection (ATCC, por sus siglas en inglés) es el QBI-293A. Estas células se cultivan en medio DMEM Advance con 4% de suero fetal bovino, 1% de glutamina, y 1% de Penicilina, Estreptomicina-Anfotericina B. Incubándolas a una atmósfera de 5% de CO Material Material para cultivo celular Caja de cultivo 75 cm 2 Caja de 96 pozos Tubos tipo Falcón de 50 ml y 15 ml Pipetas serológicas de 10 ml y 5 ml Cámara de Neubauer Corning (Corning, NY, USA) Corning (Corning, NY, USA) Corning (Corning, NY, USA) Corning (Corning, NY, USA) Marienfeld (Lauda-Königshofen, Alemania) 33

49 5.3. Reactivos Reactivos para cultivo celular Dulbecco s Modified Eagle Advanced DMEM L- Glutamina (200 mm 100X). Suero Fetal Bovino (FBS). Tripsina-EDTA (0.25%). Solución de antibiótico penicilinaestreptomicina Calceína Azul de tripano Invitrogen-Gibco (Grand Island, NY, USA) Invitrogen-Gibco (Grand Island, NY, USA) Invitrogen-Gibco (Grand Island, NY, USA) Invitrogen-Gibco (Grand Island, NY, USA) Invitrogen-Gibco (Grand Island, NY, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Invitrogen-Gibco (Grand Island, NY, USA) Reactivos para tratamientos con metales y análisis de la autofagia Sulfato de Cobre (CuSO4) Sulfato de Zinc Hidratado (ZnSO4) Sulfato de Manganeso (MnSO4) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 34

50 Cloruro de Fierro Heptahidratado (FeCl3) Hidroxicloroquina Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Reactivos para geles de acrilamida. Acrilamida 40% TEMED PSA Page Ruler Plus Protein Ladder Tris-Base Beta Mercaptoetanol Azul de Coomassie R-250 BioRad (Nobel Drive Hercules, CA, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Thermo (Waltham, MA, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Reactivos para Western Blot Na-deoxicolato EDTA NP-40 Coctel de inhibidor de proteasas y fosfatasas Pierce BCA Protein Assay Kit Pierce ECL Substrate Tween 20 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) US-Biological (Swampscott, MA USA). Thermo Scientific (Rockford, IL, USA) Thermo Scientific (Rockford, IL, USA) Thermo Scientific (Rockford, IL, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 35

51 Triton X-100 NaCl Metanol 95% Glicina Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) CTR (Mty, NL, México). Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Anticuerpos para Western Blot Anti LC3 policlonal (rabbit IgG) [1:1000] Anti β-actina monoclonal (mouse IgG) [1:5000] Anti conejo HRP (goat IgG) [1:300] Anti ratón IgG HRP (rabbit IgG) [1:5000] Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) R&D Systems (Minneapolis, MN, USA) Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 5.4. Equipos Equipos generales Micro centrifuga 1-15K Micropipetas de 1000 μl, 200 μl, 20 μl, 10 μl y 2 μl BioPette Báscula Analítica (A&D) GR-120 Ultra refrigerador (-80ºC) (Thermo) Congelador (-20ºC) Sigma (Osterode am Harz Alemania) Labnet (Edison, NJ, USA) A&D (San Jose CA, USA) Thermo Scientific (Rockford, IL, USA) Torrey (Monterrey, NL, México) 36

52 Fluorómetro BioRad (Nobel Drive Hercules, CA, USA) Equipo para cultivo celular Micro centrifuga 1-15K Incubadora de CO2 Baño térmico Campana de flujo laminar nivel de bioseguridad II Telstar AH-100 Microscopio invertido Sigma (Osterode am Harz Alemania) Thermo Scientific (Rockford, IL, USA) Lab Armor (Cornelius, OR, USA) Telstar -Life Sciencies (Terrassa, España) Southern Precision Instrument (San Antonio, TX, USA) Equipo para Western Blot Centrifuga sigma 3-18K Micro centrifuga 1-15K Estación de poder Labnet Power Station 300V Plus Cámara de electroforesis Mini Protean Tetra Cell Cámara de transferencia Trans-Blot SD Semi-Dry Transfer Cell Incubadora Orbital MRC Orbital Shaker Incubator Sigma (Osterode am Harz Alemania) Sigma (Osterode am Harz Alemania) Labnet (Edison, NJ, USA) BioRad (Nobel Drive Hercules, CA, USA) BioRad (Nobel Drive Hercules, CA, USA) MRC (Holon, Israel) 37

53 Escáner de quimioluminiscencia LI-COR (Lincoln, NE, USA) Equipo para microscopía electrónica Micro centrifuga 1-15K Microscopio electrónico de transmisión Sigma (Osterode am Harz Alemania) Carl Zeiss (Alemania) 38

54 Capítulo VI. MÉTODOS 6.1. Cultivo celular de la línea celular HEK-293 Las células HEK-293 (ATCC QBI-293) fueron mantenidas en una atmosfera de 5% de CO2 a 37 C y 95% O2 en condiciones estériles, en medio DMEM Advanced con 4% de suero fetal bovino, 1% de glutamina, y 1% de antibióticosantimicóticos (100x Penicilina, Estreptomicina-Anfotericina B). Luego de 24 horas de cultivo, las células se sembraron de acuerdo al tipo de placa que los ensayos requirieran utilizando medio fresco adicionado con concentraciones ascendentes tanto de Cu 2+ como de otros metales (Zn 2+, Mn 2+, Fe 3+ ) Ensayos de viabilidad celular por calceína Con el fin de elucidar el efecto del Cu 2+ en la sobrevivencia de células HEK- 293, se prepararon placas de 96 pozos a una densidad de 7.5 x 10 4 células por pozo expuestas a diferentes concentraciones de Cu 2+ que abarcaba desde 0.0 mm (Control) hasta 1 mm. Después de 24 horas, la viabilidad celular se determinó utilizando el ensayo de calceína-am, el cual se basa en la actividad de estereasas intracelulares de células metabólicamente activas. Para esto se desechó el medio de cultivo, lavando cada pozo con 100µl de PBS 1X, ya lavados los pozos, se aplicó 100µl de calceína 5 µm durante 30 minutos a las células, al culminar los 30 39

55 minutos se adiciono 50 µl de buffer de lisis celular, mezclando con cuidado la solución de lisis y calceína, depositando 150 µl de suspensión celular con buffer de lisis/calceína en celdillas para fluorómetro para registrar las señales de fluorescencia a Λexcitación=495 nm Λemisión=515 nm. El ensayo se realizó por triplicado Ensayos de viabilidad celular por azul tripano Una vez realizado el ensayo de viabilidad celular por calceína-am se pretendía indagar cuánto era el porcentaje de células vivas y muertas ante la exposición de diferentes concentraciones de Cu 2+ desde 0.0 mm (Control) hasta 1 mm, para esto se utilizaron placas de 6 pozos con 3x10 5 células por pozo. Transcurrido 24 horas de exposición, se colectó en tubos de 15 ml el medio de cultivo viejo, en conjunto con la mezcla hecha por el PBS 1X de lavado /Tripsina- EDTA/ medio nuevo y células de cada pozo, centrifugando la mezcla a 300 g por 5 minutos con el fin de obtener las pastillas celulares. Enseguida las pastillas se lavaron con 1 ml de PBS 1X estéril, centrifugando de nuevo a 300 g por 5 minutos, desechando el PBS 1X y resuspendiendo de nuevo las células en PBS 1X estéril y almacenando sus respectivos tubos en hielo. Posteriormente se mezclaron 10 µl de suspensión celular con 10 µl de azul tripano, cargando 10 µl de esta mezcla en una cámara de Neubauer. Se observaron al microscopio a un aumento de 10X realizando el conteo estándar de células, tomando en cuenta como células vivas 40

56 las células birrefringentes y como muertas a aquellas con una coloración azulada. Los experimentos de realizaron por duplicado Extracción de proteína total Preparadas las células HEK-293 se efectuó la extracción de proteína total de células sembradas en placas de 6 pozos e incubadas con concentraciones ascendentes de diferentes iones metálicos tales como el Cu 2+, Zn 2+, Mn 2+ (0.0 a 1 mm) y Fe 3+ (0.0,0.1, 0,5, 1 y 3 mm), después de 24 horas las células fueron procesadas para obtener las respectivas pastillas celulares, retirando cualquier rastro del medio de cultivo por medio de lavados con PBS 1X frío, aplicando posteriormente a los lavados, 30 µl de buffer de lisis RIPA 1X con inhibidores de proteasas [1:100] en sus respectivos tubos, e incubándolos en hielo durante 30 minutos, sometiéndolos a vórtex en intervalos de 10 minutos. Concluida la incubación, los tubos se centrifugaron a máxima velocidad a 4 C transfiriendo el volumen total a tubos de 1.5 ml. Cuantificando la concentración total con el kit de Pierce BCA Protein Assay Kit acorde a las indicaciones del fabricante Western Blot para la detección del marcador de autofagia LC3-II Una vez listos y cuantificados los extractos de proteína de los diferentes tratamientos con iones metálicos, se realizó SDS-PAGE utilizando geles de 41

57 poliacrilamida al 15% cargando 25 µg de proteína total por carril, la electroforesis se realizó durante 2 horas a 120 V. Culminada la electroforesis, las proteínas fueron transferidas a una membrana de PVDF (120 ma /1 hora) utilizando una cámara de transferencia semi-húmeda. Preparada la membrana, se bloqueó con leche al 5% en TSB-Tween 1X durante una hora a 4 C con agitación. Bloqueada la membrana, se aplicó el anticuerpo primario anti-lc3 (1:1000) incubándola durante toda la noche a 4 C con agitación constante, al día siguiente se realizaron 3 lavados de 10 minutos de cada uno con TSB-Tween 1X, incubando la membrana con el anticuerpo secundario anti-conejo (1:3000). Se observaron las bandas mediante el uso del estuche Clarity (BioRad) acorde a las indicaciones del fabricante. En todos los Western Blots fueron normalizados utilizando β-actina. Para analizar si el flujo de la autofagia se ve inhibido o activado por el cobre se procedió a realizar la misma metodología de cultivo celular y Western Blot para la detección de LC3-II, la única diferencia fue que solo se utilizó la concentración de Cu 2+ de 0.25 mm con utilizando como control la Hidroxicloroquina 40µM (CQ) Microscopia electrónica Para corroborar los resultados obtenidos por el Western Blot con respecto a la presencia del marcador de autofagia LC3, se prepararon botellas T-75 (2 x 10 6 células por tratamiento) incubados con 0.25 mm de Cu 2+ y Zn 2+, con sus respectivos controles negativo y positivo (Hidroxicloroquina 40µM). Después de 12 horas de incubación se obtuvo la pastilla celular, fijándolo en glutaraldehído 2% 42

58 durante toda la noche. Finalizado la fijación los paquetes celulares se lavaron 3 veces con buffer de cacodilatos 0.01 M ph 7.4 de 5 minutos c/u, fijándolos en tetra óxido de osmio 2% por 30 minutos. Repitiendo los lavados con buffer de cacodilatos, aplicando nitrato de uranilo al 1 % por otros 30 minutos lavando posteriormente con 3 lavados de buffer de cacodilatos, inmediatamente se aplicaron tratamientos de acetona en porcentajes ascendentes (30%, 50%, 70% y 90%) de 5 minutos cada uno y 3 lavados de 5 minutos cada uno con acetona al 100% aplicando posteriormente un tratamiento de resina Epon/acetona 100% (1:1) durante toda la noche. Se evaporó la mezcla durante 3 horas a temperatura ambiente. Acabada la evaporación se aplicó resina Epon pura, permitiendo polimerizar la resina por 72 horas a 60 C. Una vez listos los bloques se realizaron cortes semifinos, tiñéndolos con azul de toluidina y montados en laminillas, así como se realizó las secciones requeridas para observarlas al microscopio electrónico de transmisión Análisis estadístico Se utilizó la prueba de ANOVA para una variable con test de Dunnett. Todos los resultados con p< 0.05 fueron considerados significativos utilizando el programa SPSS Versión 15.0 (I.B.M). 43

59 Capítulo VII. RESULTADOS 7.1. El cobre disminuye de manera dosis dependiente la viabilidad celular Se reconoce que el Cu 2+, debido a su naturaleza redox, es capaz de llevar a cabo reacciones que inducen la formación de ROS, las cuales inducen daño celular, y por consecuencia, la inducción de muerte celular por diversos mecanismos (Jomova and Valko, 2011). Es por eso que en este objetivo se buscó determinar si las concentraciones utilizadas en los tratamientos de Cu 2+ eran capaces de disminuir la viabilidad celular y/o inducir la muerte celular. Para esto se realizaron ensayos utilizando el reactivo calceína-am, el cual esta conjugada con grupo acetoximetil (AM). Una vez que es transportado hacia el interior de las células vivas, esta molécula es procesada por las esterasas intracelulares, que liberan su grupo AM, provocando la emisión de fluorescencia. Por otro lado, el ensayo de azul tripano se fundamenta que células viables son impermeables a este reactivo, en cambio las células muertas, absorben este colorante. Para esto, se cultivaron células tanto en placas de 96 pozos como en placas de 6 pozos, expuestas a diferentes concentraciones de Cu 2+ (0.0, 0.1, 0.25, 0.5, 0.75 y 1 mm) durante 24 horas a 37 C. 44

60 Los resultados obtenidos mediante el uso de calceína (Figura 7), muestran que la viabilidad celular disminuyó de acuerdo a la concentración de Cu 2+ utilizada, observando un descenso significativo en las concentraciones de 0.5 y 0.75 mm. De manera similar, al realizar en ensayo de azul tripano (Figura 8), se observó que a partir de la concentración de 0.25 mm la viabilidad celular disminuía de manera significativa. Por lo cual existe una relación entre la concentración del Cu 2+ con la sobrevivencia celular (Trejo-Solís et al., 2012). * * Figura 7. Ensayo de viabilidad celular con calceína. Por medio del uso de la calceína en células HEK-293 tratadas con diferentes concentraciones de CuSO4, durante 24 horas. Todos los ensayos se realizaron por triplicado. UA= Unidades arbitrarias. *Diferencia significativa con respecto al control (p< 0.05). 45

61 * * * Figura 8. Ensayo de viabilidad celular por azul tripano. Por medio del uso de azul de tripano en células HEK-293 tratadas con diferentes concentraciones de CuSO4, durante 24 horas. * Diferencia significativa con respecto al control (p< 0.05) El cobre induce autofagia en la línea celular HEK-293 Una vez que se determinó el efecto del Cu 2+ sobre la viabilidad celular en las células HEK-293, lo siguiente fue probar si este metal induce la activación del proceso catabólico de la macroautofagia (autofagia). Para lo cual, a dichas células se les expuso a diferentes concentraciones de este ión con el fin de observar si la activación de este proceso era dependiente de la concentración. Lo anterior se evaluó por la técnica de Western Blot utilizando anticuerpos específicos contra la proteína LC3, un marcador reconocido como un método estándar en el estudio de la autofagia (Mizushima and Yoshimori, 2007). 46

62 Durante el proceso de autofagia, a la proteína LC3 se le une un lípido (fosfatidiletanolamina). Tanto la forma nativa como la forma lipidada son detectadas a través de éste anticuerpo. Sin embargo, la forma nativa (LC3-I) posee un peso molecular de 16 kda, mientras en su forma lipidada (LC3-II) es de 14 kda. Debido a esta diferencia se puede observar un incremento en LC3-II cuando este proceso se encuentra activo (Kabeya et al., 2000; Mizushima and Yoshimori, 2007). En este experimento se observó que conforme se incrementa la concentración de Cu 2+ el nivel de LC3-II se incrementa, principalmente a partir de una concentración de 0.25 mm, como se observa en la Figura 9. Este resultado sugiere que la concentración del ión se encuentra relacionada con la posible activación de la autofagia en las células HEK-293 expuestas a este metal. Figura 9. Activación de la autofagia por cobre. Western Blot para la detección de la conversión de LC3-I a LC3-II en células HEK-293 tratadas con diferentes concentraciones de Cu 2+ por 24 horas. 47

63 A pesar de que los resultados de WB indicaban que al aumentar la concentración de Cu 2+ se incrementaba el nivel de LC3-II era necesario corroborar que el proceso de autofagia inducida por este metal, no era defectiva, ya que existen reportes que indican que el aumento de LC3-II, puede señalar un proceso de autofagia defectiva en la cual los autofagosomas no se fusionan con los lisosomas (Mizushima and Yoshimori, 2007). Es por esa razón que se realizó WB, para detectar los niveles de LC3-II, en células tratadas en presencia y ausencia de Cu MM e hidroxicloroquina (CQ) 40 µm. La CQ se utilizó debido a que es un fármaco inhibidor de la fusión autofagosoma-lisosoma, la cual es comúnmente utilizada para evaluar el flujo de la autofagia (Pasquier, 2016). En la Figura 10 se demuestra que el nivel de LC3-II en el control negativo es baja en comparación con el tratamiento con 0.25 mm de Cu 2+. En contraparte, tanto el grupo control como el grupo con 0.25 mm de Cu 2+ incubados en presencia de CQ, muestran un incremento en comparación con sus contrapartes en ausencia de CQ. Lo anterior demuestra la inducción de una autofagia funcional activada por la presencia de este metal. 48

64 Figura 10. Detección de LC3-II en células tratadas con CQ. Western Blot para la detección de la conversión de LC3-I a LC3-II en células HEK-293 tratadas con Cu mm en presencia y ausencia de CQ 40 µm, con sus respectivos controles en presencia y ausencia de CQ 40 µm. 7.3 El Zn induce autofagia en la línea celular HEK-293 Una vez comprobado que el Cu 2+ estimula a la activación del proceso de autofagia, se decidió determinar si otros metales de relevancia fisiológica (Zn 2+, Mn 2+ y Fe 3+ ) eran también capaces de inducirla. En el caso de las células tratadas con Zn 2+ (Figura 11) se observó los niveles de LC3-II poseían una tendencia a incrementarse conforme la concentración de este ión aumentaba, siendo el incremento más notorio a partir de una concentración de 0.25 mm. 49

65 Figura 11. Análisis de la inducción de la autofagia en células tratadas con Zn 2+. Western Blot para la detección de la conversión de LC3-I a LC3-II en células HEK-293 tratadas con diferentes concentraciones de Zn 2+ por 24 horas. En lo que respecta a las células tratadas con el ión Fe 3+ (Figura 12) solo se observó un aumento en la conversión de LC3 en una concentración de 3 mm, la cual es mucho mayor a la requerida tanto por Zn 2+ y Cu

66 Figura 12. Análisis de la inducción de la autofagia en células tratadas con Fe 3+. Western Blot para la detección de la conversión de LC3-I a LC3-II en células HEK-293 tratadas con diferentes concentraciones de Fe 3+ por 24 horas. Las células tratadas con el ión Mn 2+ no mostraron un cambio representativo en el nivel de LC3-II en ninguna de las concentraciones analizadas (Figura 13). Figura 13. Análisis de la inducción de la autofagia en células tratadas con Mn 2+. Western Blot para la detección de la conversión de LC3-I a LC3-II en células HEK-293 tratadas con diferentes concentraciones de Mn 2+ por 24 horas. 51

67 7.4 El cobre y el zinc induce la formación de autofagosomas en la línea celular HEK-293 Una vez que se determinó la relación entre las concentraciones del Cu 2+ y Zn 2+ con respecto al incremento en los niveles de LC3-II, era necesario corroborar si el proceso de autofagia se estaba llevando a cabo. Esto se realizó por MET, para observar otro estándar de oro en el estudio de la autofagia, la presencia de estructuras de doble membrana denominadas autofagosomas, los cuales en su interior llevan el material a degradar (Kabeya et al., 2000; Klionsky et al., 2016). Como se muestra en la Figura 14a en la microfotografía de las células sin Cu 2+ como control negativo, no se lograron detectar estructuras circulares de doble membrana, sólo se observa el núcleo con contenidos de electrodensidad variable, cerca del núcleo se logra apreciar una mitocondria fusiforme apreciándose las crestas mitocondriales. Estos se pueden observar como estructuras circulares de doble membrana con contenido electrodenso y electrolúcido en su interior, como las observadas en la Figura 14b tratadas con CQ. Para el caso del tratamiento con Cu 2+, a 0.25 mm se observó un mayor número de estructuras circulares electrodensas, acumuladas muy cercas unas de las otras, observándose también otras similares de manera aislada como se muestra en la Figura 14c, lo cual señala que a esta concentración de Cu 2+, comienza a aparecer el proceso de autofagia. Al ser el Zn 2+ (Figura 14d) el único metal que sigue una tendencia similar al Cu 2+, también se logró observar suficientes estructuras circulares de doble 52

68 membrana con contenido electrodenso y electrolúcido en su interior, indicando que también este metal da paso a la formación de autofagosomas a la misma concentración de Cu 2+. A) A) B) B) B) C) C) D) Figura 14. Inducción de la formación de autofagosomas por Cu 2+ y Zn 2+. Microfotografías de autofagosomas (flechas rojas) en células HEK-293 durante su exposición por 12 horas a los tratamientos a) Control negativo, b) Control positivo hidroxicloroquina (CQ) 40 µm c) 0.25 mm de Cu 2+ d) 0.25 mm de Zn 2+ 53