Modificaciones epigenéticas en la histona 3 asociadas al efecto citotóxico de los péptidos antimicrobianos γ-tionina y PaDef en líneas celulares de leucemia

Abstract

Leukemia is one of the most relevant diseases in the development of new therapies with an epigenetic approach. The combined use of epigenetic therapy and chemotherapy has managed to synergize the effects of chemotherapy and reduce resistance to treatments. However, the mechanisms of action of epigenetic drugs, their long-range effects and their toxicity may be comparable to that of chemotherapy are still unknown, so the search for alternative therapies continues to be a priority. In that sense, plant antimicrobial peptides represent an attractive alternative due to their cytotoxic activity in cancer cells. In this work, the cytotoxicity of the PaDef peptide from native Mexican avocado (Persea americana var. drymifolia) was evaluated in the Jurkat leukemia line, its mechanism of action and the relationship of its cytotoxicity with epigenetic modifications were determined. PaDef (IC50=47.3?M) induced cell death through caspase-dependent apoptosis and increased the expression of proapoptotic genes of the Bcl-2 family (Bax and Bik); its increased ROS production and loss of mitochondrial membrane potential. Interestingly, inhibition of caspases did not reverse the effect, suggesting that other caspase-independent death mechanisms exist. On the other hand, PaDef increased global histone 3 acetylation and the H3K9Ac mark. This effect correlated with a reduction in HDACs activity. An in-silico analysis showed that PaDef interacts with class I HDACs with higher affinity free energies than reported inhibitors (TSA, NaB). In addition, PaDef increased H3K9me2 and H3K9me3 labeling. On the other hand, the cytotoxic effect of ?-thionine defensin in K-562 and Jurkat cell lines (Flores-Alvarez, 2018), is also associated with epigenetic modifications.

La leucemia, es una de las enfermedades con más relevancia en el desarrollo de nuevas terapias con enfoque epigenético. El uso combinado de la terapia epigenética y quimioterapia ha logrado sinergizar los efectos de la quimioterapia, y disminuir la resistencia a los tratamientos. Sin embargo, aún se desconocen todos los mecanismos de acción de los fármacos epigenéticos, sus efectos a largo alcance y su toxicidad puede ser equiparable a la de la quimioterapia, por lo que la búsqueda de terapias alternativas sigue siendo una prioridad. En ese sentido, los péptidos antimicrobianos de plantas representan una atractiva alternativa debido a su actividad citotóxica en células cancerosas. En este trabajo se evaluó la citotoxicidad del péptido PaDef, de aguacate nativo mexicano (Persea americana var. drymifolia) en la línea de leucemia Jurkat, se determinó su mecanismo de acción y la relación de su citotoxicidad con modificaciones epigenéticas. PaDef (IC50=47.3?M) indujo la muerte celular a través de apoptosis dependiente de las caspasas e incrementó la expresión de genes proapoptóticos de la familia Bcl-2 (Bax y Bik); incrementó la producción de ROS y la pérdida del potencial de membrana mitocondrial. Interesantemente, la inhibición de las caspasas no revirtió el efecto, sugiriendo que existen otros mecanismos de muerte independientes de caspasas. Por otro lado, PaDef incrementó la acetilación global de la histona 3 y la marca H3K9Ac. Este efecto correlacionó con una reducción en la actividad de HDACs. Un análisis in sílico mostró que PaDef interactúa con HDACs de clase I con energías libres de afinidad superiores a los inhibidores reportados (TSA, NaB). Además, PaDef aumentó las marcas de H3K9me2 y H3K9me3. Por otro lado, el efecto citotóxico de la defensina ?-tionina en las líneas celulares K-562 y Jurkat (Flores-Álvarez, 2018), se asocia también a modificaciones epigenéticas.