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"Combined effects of melatonin and all-trans retinoic acid and somatostatin on breast cancer cell proliferation and death: molecular basis for the anticancer effect of these molecules"

September 5, 2012 at 22:26


Sul numero del 15 Aprile 2012 dell’European Journal of Pharmacology è stato pubblicato lo studio scientifico dal titolo "Combined effects of melatonin and all-trans retinoic acid and somatostatin on breast cancer cell proliferation and death: molecular basis for the anticancer effect of these molecules", condotto presso il dipartimento di anatomia, istologia e medicina legale dell’Università di Firenze, ad opera di Martina Margheri, Nicola Pacini, Alessia Tani, Daniele Nosi, Roberta Squecco, Aida Dama, Erico Masala, Fabio Francini, Sandra Zecchi-Orlandini e Lucia Formigli.

Negli ultimi 30 anni si è molto discusso a proposito delle possibili relazioni fra la 5-metossi-N-acetiltriptamina o melatonina (MLT) ed il carcinoma mammario estrogeno sensibile. Le prime ricerche focalizzarono l'attenzione sul ruolo svolto dalla MLT in modo indiretto quale fisiologico agente regolatore della secrezione ovarica di estrogeni (Cohen et al. 1978). Successivamente fu evidenziato come il tasso notturno di MLT in donne affette da cancro al seno estrogeno sensibile fosse notevolmente ridotto rispetto a donne sane (Tamarkin et al. 1982).

Sebbene la sintesi della MLT a partire dalla serotonina sia possibile in vari organi ed apparati, quale possibile fattore autocrino/paracrino indipendentemente dal fotoperiodo (Kvetnoy, 1999; Morera & Abreu, 2005; Reiter & Tan, 2003), il picco plasmatico di MLT, correlato ad un'attività endocrina propriamente detta, si mostra durante le ore notturne ad opera dalla ghiandola pineale, o epifisi, in funzione del fotoperiodo. Sulla base di questa considerazione fu successivamente segnalata una ridotta incidenza di cancro al seno in donne non vedenti (Coleman & Reiter, 1992; Feychting et al. 1998; Kliukiene et al. 2001) ed al contrario una maggiore incidenza di cancro al seno in gruppi di lavoratrici notturne esposte per molte ore ad eccessiva illuminazione (Kheifets & Matkin, 1999). Questi studi di carattere epidemiologico, se da un lato suggeriscono una stretta relazione tra tasso plasmatico di MLT ed eziopatogenesi del carcinoma mammario estrogeno sensibile, dall'altro esprimono poco a proposito dei meccanismi attraverso cui tale relazione si realizza.

A fianco degli studi epidemiologici, ricerche in vitro, in particolare sulla linea MCF-7 di carcinoma mammario metastatico estrogeno sensibile, hanno suggerito un’azione della MLT nel contrastare l'azione proliferativa degli estrogeni. Sebbene alcuni studi abbiano indicato un possibile ruolo della MLT nell’induzione dell’apoptosi, recenti studi hanno sottolineato che la MLT non agirebbe quale induttore di apoptosi ma più semplicemente come inibitore della proliferazione (Cos et al. 2002), rallentando l'attività mitotica e la transizione dalla fase G0/G1 e G1/S (Cos et al. 1996). È stato inoltre evidenziato che tali azioni della MLT si manifestano attraverso il recettore MEL-1, espresso in questa linea cellulare (Ram et al. 1998). A riprova di ciò, la propria overespressione aumenta l'effetto citostatico/oncostatico della MLT (Yuan et al. 2002). Tale azione potrebbe essere il risultato di una forte diminuzione dei livelli di cAMP, il quale condurrebbe ad un’inibizione dell'espressione del recettore per gli estrogeni ERα.

Da molti anni è oramai nota l'azione antiproliferativa e prodifferenziante dell'acido all-trans-retinoico (ATRA), sia in vari tessuti epiteliali sani che in tessuti di origine neoplastica, ed in particolare nel carcinoma mammario ER+. Questa molecola ed i suoi analoghi di sintesi sono stati utilizzati con risultati talora interessanti, talora discordanti, in programmi di chemioprevenzione (Howe, 2007).

Le molteplici azioni dell’ATRA si realizzano attraverso il legame con vari recettori nucleari, quali i recettori RAR, e nel caso del derivato acido 9-cis-retinoico attraverso i recettori nucleari RXR. In cellule MCF-7 si è potuto evidenziare che il trattamento sequenziale con MLT e successivamente ATRA conduce ad un significativo arresto della proliferazione sotto l'azione di vari fattori di crescita tra cui l'insulina, segnalando in queste condizioni anche un effetto citostatico/citotossico dovuto ad apoptosi (Eck et al. 1998). Sebbene sia stata documentata una sottoespressione dei recettori nucleari RAR beta, associata a resistenza all'ATRA, è stato inoltre attestato il silenziamento genico dell'espressione dell'isoforma recettoriale di RAR alfa2 dell'ATRA ad opera di meccanismi epigenetici coinvolgenti ipermetilazione (Farias et al. 2002). L’importanza di questa isoforma recettoriale dei recettori RAR dell'ATRA è stata poi ben documentata anche in molte altre neoplasie ed in svariati processi di differenziazione cellulare, sia in vitro che in vivo (Sano et al. 2003; Walkley et al. 2004).

Infine, da diversi anni sono state effettuate varie ricerche sulla somatostatina (SST) quale possibile agente oncostatico (Kleinberg et al. 2009). Parte delle proprie potenziali azioni in vivo risiedono nel blocco della secrezione di GH, e conseguentemente di IGF-1. Nel caso del carcinoma mammario, vari studi in modelli animali hanno evidenziato l'importanza di GH/IGF-1 per la progressione e lo sviluppo del tessuto neoplastico (Foekens et al. 1989). Ricerche in vitro ed in vivo sull'asse GH/IGF-1 hanno rilevato la presenza di specifici recettori cellulari per la SST appartenenti ai GPCR, sia in tessuti normali che neoplastici, tanto che ligandi somatostatinergici vengono utilizzati in procedure di imaging a scopo diagnostico (Mankoff et al. 2008). Nonostante inizialmente si ritenesse che i recettori per la SST fossero espressi solo in tessuti di natura neuroendocrina ed appartenenti al sistema APUD, sia tumorali che non, è stata successivamente segnalata la loro espressione in tessuti sani e tumorali, anche di natura non neuroendocrina (Smitha et al. 2004).

Nel modello in vitro delle cellule MCF-7 è stata rilevata la presenza di recettori della SST, ed un’azione inibitoria della SST sulla crescita e lo sviluppo di queste cellule. In particolare, anche in questo caso è stata documentata una latenza maggiore del ciclo cellulare e della transizione G1/S (Setyono-Han et al. 1987). Recentemente, in cellule MCF-7 è stata rilevata la omo- ed eterodimerizzazione dei recettori della SST ed in particolare l'omodimerizzazione del sottotipo SST-1 e SST-5, la quale dimerizzazione sembra essere innescata dal fattore di crescita epidermiode (EGF), ed appare modulare e conseguentemente contrastare l'azione dei recettori dell’EGF in questa linea cellulare ed in altre neoplasie (Watt et al. 2009). Altri studi mostrano inoltre un’azione antiproliferativa diretta ad opera dell’attivazione del recettore SST2 in cellule MCF-7 (He et al. 2009). L'overespressione di tale recettore incrementerebbe notevolmente l'azione oncostatica della SST. Il proprio principale meccanismo d'azione diretto, non mediato dall'IGF-1, potrebbe essere riferito alla riduzione dell'espressione dei recettori per l’EGF, l’attivazione di varie fosfatasi, nonché un’interferenza sulla colocalizzazione del recettore per l'EGF.

Uno degli scopi del presente lavoro sperimentale è stato quello di valutare da un punto di vista quali-quantitativo la vitalità, la proliferazione e la morfologia di cellule MCF-7 trattate con dosaggi farmacologici di MLT nel breve periodo di 24, 48 e 72 ore, in assenza di estrogeni, così da segnalare eventuali fenomeni non connessi con la pathway di segnalazione degli estrogeni.

Basandosi su precedenti osservazioni riguardanti gli effetti antitumorali della MLT sul cancro al seno (Cos & Sánchez-Barceló, 2000; Grant et al. 2009; Subramanian & Kothari, 1991), questa ricerca ha fornito evidenze sperimentali che i propri effetti risultano fortemente potenziati quando la molecola è utilizzata in combinazione con ATRA e SST. Il trattamento con MLT, ed in  particolare, l'approccio combinato di MLT, ATRA e SST mostra riduzione della proliferazione cellulare e l’induzione della necrosi cellulare.

Le seguenti immagini ottenute al microscopio elettronico a trasmissione mostrano:


Cellule MCF-7 non trattate (CTRL).

 
Cellule MCF-7 trattate con MLT.

 
Cellule MCF-7 trattate con l’associazione di MLT, ATRA e SST.

È possibile notare come la MLT, e specialmente l’associazione con ATRA e SST, sia in grado di indurre rigonfiamento cellulare e rarefazione citoplasmatica, indicativi del fenomeno di necrosi.