theperthgroup.com/EPE/MitoticTheory.pdf
Una teoría Mitótica
Eleni Papadopulos-Eleopulos
Departamento de Física Médica, Hospital Royal Perth, Australia Occidental
(Recibido el 30 de diciembre de 1980, y de modo revisado el 30 de diciembre de 1981)
Se presentan pruebas de que los procesos celulares tienen una naturaleza cíclica. Se propone una teoría acerca de que esto se controla mediante un intercambio de carga periódico entre la actina y la miosina, regulada por la oxidación y reducción de las partes de sulfhidrilo. Las características y el control celular, incluyendo la mitosis, están determinadas por el estado redox de estas dos proteínas; estando determinada la mitosis por la amplitud y el periodo del cliclo tiol. Se propone que todos los carcinógenos, incluyendo la radiación, causan una oxidación de unidades de sulfhidrilo de miosina específicas, con una reducción simultánea de unidades de sulfhidrilo de actina específicas. De este modo, inician un ciclo tiol de magnitud incrementada que lleva a la mitosis. Esta teoría lleva a predicciones acerca del modo en que los agentes reductores deberían utilizarse en la prevención y el tratamiento del cáncer.
1. Introducción
Una de las primeras teorías mitóticas es la de Löeb (1913: Brachet, 1950). Según Löeb, el primer periodo de fertilización consiste en la elevación de la membrana mediante citólisis del cortex, apareciendo este fenómeno simultáneamente con un aumento de la oxidación. En el segundo periodo el óvulo es rescatado desde la citólisis mediante el retorno a una respiración normal. Sobre las mismas fechas Lilie (1911) consideró que la división se iniciaba por la acción de la solución de sal desequilibrada en la membrana plasmática, causando un aumento de la permeabilidad y la despolarización. Para que la división tenga lugar, a este aumento de la permeabilidad debe seguirle una permeabilidad normal, teniendo lugar un nuevo aumento justo antes de la división.
Posteriormente Heilbrun (1956), estudiando la contracción del músculo, la coagulación de la sangre y la división de la célula, llegó a la conclusión de que sea lo que sea que haga al musculo contraerse y a la sangre coagularse, hace que las células se dividan. El estímulo aumenta la entrada de calcio en el interior de la célula que, a su vez, activa una proteasa y una enzima de coagulación que hace que el protoplasma se coagule. En las fibras musculares, esto lleva al acortamiento de la fibra, en las células en un aumento de la viscosidad que lleva a la formación de huso. Estudiando la variación de la viscosidad durante el ciclo de la célula, y el ciclo tiol de Rapkine (1931), Heilbrun concluyó que la reacción de coagulación conlleva un cambio de los grupos SH a grupos S-S que, a su vez, llevan a un aumento del metabolismo.
De modo similar, en la teoría de Berridge (1975), la fluidez de la membrana y los niveles intracelulares del AMP cíclico y el calcio están estrechamente relacionados, dándose la señal de división mediante un aumento de Ca++ intracelular en G1.
De las teorías más recientes, la más conocidas son las teorías de potencial de membrana de Cone (1971). Cone correla la actividad mitótica con un desplazamiento hacia abajo en el potencial de membrana en reposo, que surge a partir de un aumento de la concentración de Na+ intracelular.
Según Papadopulos y Stanford (1977), el aumento de Na+ intracelular en G1 se produce desde un aumento de la permeabilidad de la membrana a Na+ que, a su vez, lleva a un aumento de absorción de aminoácido y de azucar de sistema A. Este aumento de absorción lleva a su vez a un aumento de metabolismo, una disminución de permeabilidad y un aumento de potencial de membrana en la fase S, y finalmente a la división.
Szent-Györgyi (1976) creen que hay una estrecha relación entre el SH y el cáncer. Según su hipótesis los sistemas vivos se pueden encontrar en dos estados: el estado Alfa y el estado Beta. En el estado Alfa, la vida está dominada por los donantes de electrones, la fermentación y la proliferación sin límite, con las moléculas de proteína como aislante. En el estado Beta, la vida llega a ser dependiente de D/A (el ratio de donantes y aceptadores), con las moléculas de proteína como conductor. La célula de cáncer, debido a la ausencia de metiglioxal (un aceptador de electrones), permanece en el estado Alfa y, por tanto, tiene una proliferación y fermentación sin límite.
El propósito de este documento es describir una nueva teoría y hacer referencia a algunos de los datos experimentales corroborativos existentes.
2. Actina y Miosina en zona no muscular
Hay muchos datos que indican que la actina y la miosina están entre las proteínas celulares más importantes. En 1965, Sandborn, Szeberenyi, Messier y Bois propusieron un modelo celular con una red filamentosa dentro de la célula, conteniendo proteínas contráctiles, y contribuyendo a la estructura y funciones básicas de las membranas de los orgánulos y la membrana de plasma. Sugieren que el modelo proporciona todos los requisitos del movimiento celular, adhesividad, y transporte de fluido y electrolito activo, con "poros" que se abren en la "contracción". Mazia y Ruby (1968) han propuesto también un modelo similar. De modo parecido, en los modelos de mosiac de membrana de Danielli-Davson (Danielli, 1975) y Singer-Nicolson (1972), aunque las proteínas no están identificadas, se propone que el transporte activo tiene lugar mediante "poros" de membrana arrugados de proteínas. Se propone que los "poros" están arrugados con proteínas que contienen grupos SH, siendo importante el SH enmascarado para la integridad de la membrana estructural, y los SH libres en el transporte de cationes y sustratos (Knauf y Rothstein, 1971; Rothstein, 1970; Epstein y Konoshita, 1970; Kaback y Hong, 1973).
Se ha mostrado, de modo experimental, que el SH libre celular y los filamentos de actina no están uniformemente distribuidos y están en un estado dinámico. Aparecen cuando la célula está en un determinado estado funcional (reacción acrosómica de esperma, fogocitosis), o en otra etapa del ciclo de la célula, para sólo desaparecer en otro estado o etapa del ciclo de la célula. El periodo de ensamblaje y desensamblaje de los filamentos puede ser tan corto como unos pocos segundos, lo que indica que los filamentos de actina se forman a partir de precursores, lo más probable que a partir de monómeros de actina, siendo la polimerización causada por meromiosina pesada (Sanger, 1975; Brachet, 1950).
Se ha visto que estas proteínas contráctiles juegan un papel esencial en el movimiento de la célula, el movimiento del cromosoma, la morfología celular y la adhesividad celular, ensamblaje de microvilli, secrección, estabilidad e integridad de membrana, recubrimiento de los receptores de membrana de superficie, pinocitosis, fagocitosis, exocitosis y endocitosis, reacción acrosómica de esperma, y función de las plaquetas.
Dada la importancia de la actina-miosina (sistema A-M) en la estructura y función celular, es necesario la comprensión de su regulación.
3. Regulación del sistema Actina-Miosina
Se cree generalmente que el sistema A-M del músculo se regula a traves del Ca++ celular y las proteínas reguladoras. Sin embargo, hay datos que prueban que el Ca++ juega un papel secundario e indirecto en la contracción, y que la contracción puede tener lugar en ausencia de Ca++. De este modo, se ha mostrado que la liberación de Ca++ está precedida por una onda depolarizante, es decir, por la activación de los canales Na+ que, a su vez, están precedidos por cambios de transferencia y de conformación de carga en las proteínas de membrana (Hui, 1977; Margineau y Schoffeinels, 1977; Hasselback y Seraydaryan, 1966; Inoue, Ishida y Kobatake, 1973).
La contracción puede tener lugar en la ausencia de Ca++, o en la presencia de concentración de Ca++ baja, cuando la concentración de ATP y Mg++ son bajas, o cuando están presentes los reagentes oxidantes y SH. Además, la relajación conlleva algunos procesos distintos que la eliminación de Ca++. Para la sensibilidad de Ca++ del sistema A-M, son esenciales las partes de SH de miosina, y el Ca++ - ATPase es dependiente de Mg++, ATP y SH, y está asociado con meromiosina pesada (Ashley y Ridgway, 1970; Briggs y Fuchs, 1964; Weber y Herz, 1964; Dancker, 1975; Dancker y Hassenback, 1971; Bremel y Weber, 1971; Daniel y Hartshorne, 1972; Hartshorne y Daniel, 1970; Garnett, Kemp y Gröschel-Stewart, 1979).
El hecho de que todos los agentes relajantes, bien directamente o indirectamente, protegen los grupos SH de miosina, y que los agentes oxidantes, reagentes SH y antagonista de flavina inhiben la relajacion (Azzone y Dobrilla, 1964) indican la necesidad de los grupos de SH de miosina para la regulación del sistema A-M. Se ha sabido durante algún tiempo que en la contracción, la concentración de SH de la cabeza globular de la miosina, donde se encuentran los grupos funcionales de SH, SH1 y SH2, disminuye, y con la relajación aumenta (Bailey y Perry, 1947; Finály, 1952; Bailin y Bárány, 1967; Bárány y Gaetjens, 1971; Bárány et al., 1975). Últimamente se ha mostrado que, en la contracción, la reactividad de cis-10 de actina-F aumenta, y la reactividad de SH1 de miosina disminuye. En la relajación ocurre lo contrario (Duke, Takashi, Ve y Morales, 1976).
También se ha mostrado que la baja tasa de división de ATP en músculos relajados proviene de la formación de una estructura de anillo involucrando el SH1 y SH2 de miosina y Mg ATP. El bloqueo químico del SH1 previene la formación del anillo y la contracción, aunque la división de ATP está intacta. La asociación de la miosina con la actina es un proceso donde el anillo se abre a través de la unión de la actina en, o cerca de, el sitio nucleofílico SH1, y acelera la conversión de energía (Burke, Reisler y Harrington, 1973).
Sakai y Dan (1959), estudiando un sistema no de músculo, en concreto la división del huevo de erizo de mar, así como el fenómeno cíclico exhibido por los grupos SH libres solubles en ácido durante el ciclo de la célula, observado anteriormente por Rapkine y Mazia (Rapkine, 1931; Mazia, 1954), encontraron que los SH's eran SH's de proteínas, y no glutatión como se creía anteriormente. Se aislaron una proteína soluble al agua y una soluble al ácido, y se comportaron como la actina y la miosina respectivamente. Sakai (1968) también encontró que los hilos realizados a partir de las proteínas solubles en ácido, se contrajeron bajo la influencia de agentes oxidantes o la proteína soluble en agua, mientras que se estiraron bajo la acción de los agentes reductores. Además, la interacción entre la proteína soluble en agua y la proteína soluble en ácido es mediante el intercambio SS-SH. La contracción está acompañada por la oxidación de los grupos SH del hilo y la reducción de la proteína soluble al agua, siendo la contractilidad directamente proporcional a la concentración SH de la proteína soluble en ácido disponible para la oxidación. El estiramiento está ocasionado por el proceso inverso. Este intercambio de carga también tiene lugar entre la proteína soluble en ácido y el huso, e involucra solamente a los grupos SH libres (el SH en la proteína nativa que reacciona inmediatamente con agentes oxidantes suaves). Sakai encontró que los grupos SH de la proteína soluble en ácido disminuían tras la fertilización, alcanzando un mínimo en sobre la mitad de G1 , aumentando entonces a un valor máximo a finales de S, y de nuevo disminuyendo en la mitosis, mientras que los grupos SH de la proteína soluble en agua cambian recíprocamente.
Se puede concluir entonces que:
a) la proteína soluble en ácido contiene miosina, es decir el SH soluble en ácido son SH de miosina;
b) el sistema A-M está regulado por la transferencia de carga entre las dos proteínas;
c) la miosina se puede encontrar en dos estados: un estado "energizado" en donde el anillo de sulfhidrilo-MgATP está intacto, y otro "desenergizado" en donde el anillo está roto;
d) el anillo se puede romper interfiriendo con alguno de sus componentes, es decir, disminuyendo la concentración Mg++, disminuyendo la concentración de ATP, o bien bloqueando u oxidando químicamente sus grupos SH;
e) cuando el anillo se rompe y tiene lugar una transferencia de carga entre la miosina y la actina, ocurre la hidrólisi y contracción de ATP;
f) la magnitud de la contracción es directamente proporcional a la cantidad de SH de miosina disponible para la oxidación, y la cantidad de oxidante presente;
g) para que tenga lugar la relajación la miosina tiene que estar cargada de nuevo, es decir, la miosina tiene que ser reducida y el ATP sintetizado en la presencia de Mg++;
h) el Ca++ puede causar la contracción interfiriendo directa o indirectamente con los grupos de SH de miosina, mediante la competición por el ATP, o por ambas;
i) hay una transferencia de carga periódica entre la actina y la miosina (ciclo tiol) durante el ciclo de la célula, es decir, la célula pasa por un ciclo de contracción-relajación;
j) el ciclo tiol es indispensable para la división;
Si la contracción ocurre como se ha propuesto anteriormente, el problema entonces es como la célula vuelve al estado relajado, es decir, cómo el transporte y metabolismo de sustrato celular se regulan para la síntesis de ATP y la reducción de miosina.
4. Transporte y metabolismo de sustrato
En cuanto al transporte y el metabolismo se dará solamente un breve resumen, que indicará que se pueden regular mediante el sistema A-M.
Aunque existen algunas hipótesis respecto al transporte de sustrato mitocondrial y bacterial, como la redox, la quimiosmótica, de conformación y otras (Kaback y Hong, 1973; Mitchell, 1973; Hamilton, 1975), hay un acuerdo general de que al menos la membrana de célula de los mamíferos tiene un sistema de transporte ligado al sodio, acoplándose la absorción de aminoácido y azucar de sistema A a la absorción de Na+. También hay acuerdo en que están involucrados los grupos SH, pero su origen y papel exacto se desconoce. Algunos investigadores encuentran un aumento en la absorción de sodio y aminoácido de sistema A con agentes oxidantes y reagentes SH, mientras que otros encuentran una disminución. Sin embargo, se produce el aumento cada vez que la permeabilidad y la absorción del sustrato de Na+ están determinados simultáneamente con la aplicación de los agentes oxidantes o el reagente SH. Se produce siempre una disminución cuando la determinación se realiza algún tiempo después de la aplicación del agente oxidante o el reagente SH, cuando el SH de membrana libre está ya oxidado. (Nelson, Glover y Magill, 1975; Sutherland, Rothstein y Weed, 1967; Hare, 1975; Rega, Rothstein y Weed, 1967; Vanstevenick, Weed,y Rothstein, 1965; Flory y Neahaus, 1976; Kilberg y Neuhaus, 1975; Archer, 1968; Kwock y Wallach, 1974).
Se ha reconcido por algún tiempo la posible relación entre los ratios SH/SS celulares, el sistema A-M y el metabolismo celular (Baron, 1951; Szent-Györgyi, 1960; Tonomura, 1972; Neifakh et al., 1965). Se ha mostrado también experimentalmente que hay una competición entre la actina y uno de los más conocidos desacopladores, 2,4-dinitrofenol, y que la unión del 2,4-dinitrofenol requiere ATP y Mg++ (Levy, Sharon y Koshland, 1959, Chappel y Perry, 1955; Boyer, 1965). Actualmente hay un acuerdo general en que la síntesis de ATP es el resultado de la oxidación de los donantes de electrones, pero existe controversia en cuanto a la naturaleza del dispositivo de acoplamiento, aunque en todas las hipótesis se supone que está involucrado un ATPase (F1), cuya naturaleza molecular no ha sido identificada (Boyer, 1975; Boyer et al., 1977, Nagle y Morowitz, 1978).
Sin embargo, el sistema A-M, regulado como se ha propuesto antes, podría satisfacer los requisitos del transductor de energía y explicar los cambios de conformación de F1, siendo miosina el "conductor" y "condensador" de Williams (Williams, 1973), y siendo un evento secundario el gradiente de protón de Mitchell (Mitchell, 1966), regulado por el sistema A-M.
Se puede concluir que:
a) la concentración de Na+ intracelular, y por tanto el potencial de membrana, están determinados por el estado de fosfato y estado redox del sistema A-M; se obtiene un Na+ intracelular máximo, y por tanto un potencial mínimo, cuando el sistema A-M se contrae, y un Na+ intracelular mínimo y potencial de membrana máximo cuando el sistema A-M se relaja; la concentración intracelular de K+ es recíproca a la de Na+;
b) El sistema A-M, regulado como se ha propuesto antes, determina la permeabilidad de Na+, y por tanto la absorción de aminoácido y azúcar del sistema A, teniendo lugar la maxima entrada en el proceso de contracción y la mínima entrada cuando la célula está en un estado relajado o en un estado contraído;
c) el metabolismo celular se regula mediante el estado de redox y fosfato del sistema A-M; la miosina "de-energizada" lleva a un aumento en el metabolismo, mientras que la miosina "energizada" a una disminución;
d) los desacopladores ejercen sus efectos mediante la competición con la actina;
e) el sustrato recogido en el proceso de contracción se utiliza para inducir relajación, y para la síntesis de componentes celulares distintos en el estado relajado;
f) la absorción de sustrato y el metabolismo reducido en el estado relajado lleva al final a una disminución del ATP, y de este modo a la contracción que, a su vez, llevan a un aumento de la permeabilidad y el metabolismo; esto lleva a una reducción de miosina y síntesis de ATP, y de este modo a la relajación, es decir, los procesos celulares tienen una naturaleza cíclica controlada por un intercambio de carga periódica entre la actina y la miosina.
5. Regulación de ADN
Algunos ven el cáncer como debido a una alteración en el ADN de la célula por parte de los agentes cancerígenos. Sin embargo, los experimentos de Gurdon (Gurdon y Woodland, 1968; Gurdon, 1968) y de otros posteriormente indican que el ADN se regula mediante el citoplasma. Aunque no se proporciona ningún mecanismo regulatorio, se cree actualmente que el ADN se regula mediante proteínas de cromosoma de histonas, de no histonas (NHCP), o de ambas. La participación de las histonas en la regulación genética se considera como no-específica, debido a que son constantes en su concentración, no solamente de tejido a tejido, sino de especies a especies (Chambon, 1978; Stein Spelsberg y Kleinsmith, 1974).
Sin embargo, la regulación de histonas de expresión de genes y estructura de cromatina es dependiente de fosfato y de redox (Camerini-Otero, Sollner-Webb y Felsenfeld, 1976; Wilhelm et al., 1978; Wong y Candido, 1978; Boseley et al., 1976; Chao, Gralla y Martinson, 1979; Camerini-Otero y Felsenfeld, 1977a; Bina-Stein, 1977; Padros, Palau y Lawrence, 1977; Camerini-Otero y Fesenfeld, 1977b, Albert et al, 1977; Hilton y Stocken, 1966; Bitny-Szlachto y Ochalska-Czephylis, 1978; Mac Gillibray, Paul y Threlfall, 1972; Patil, Narashimhan y Sreenivasan, 1977). Es significativo el hecho de que aunque las histonas, que son proteínas nucleares extraíbles de ácido, no varían en concentración durante el cíclo de la célula, su estado de tiol y fosfato sí lo hace, teniendo un máximo de SH y fosfato en S, y un mínimo en G1 (Ord y Stocken, 1969; Sadgopal y Bonner, 1970). De hecho, Ord y Stocken (1968) no descartan la posibilidad de que las histonas estén relacionadas con la proteína contráctil extraíble de ácido descrita por Sakai. También se sugiere que las histonas son subunidades de miosina por el hecho de que las histonas se combinan con la actina y causan la polimerización de la actina (Magri, Azccarini y Grazi, 1978), y que sus pesos moleculares son similares a los pesos moleculares de las cadenas ligeras de miosina.
Incluso si no están relacionados con la miosina, el estado del tiol y fosfato de las histonas, y por tanto del ADN, podría todavía estar regulado mediante el sistema A-M. Se ha establecido que las NHCP contienen actina y miosina, que la unión de la histona al ADN está influenciada por las NHCP, y que las histonas interactúan con las NHCP mediante puentes SS (Bekhor y Felman, 1976; Douvas, Harrington y Bonner, 1975).
Se puede concluir entonces que la síntesis y transcripción de ADN está controlada por el estado redox del sistema A-M asociado a la membrana que, a su vez, influye en el sistema A-M citoplasmático, las NHCP y las histonas; la diferenciación resulta bien por la disposición anisotrópica de la actina y la miosina, o mediante los distintos grados de interacción de la actina y la miosina, o por ambos. A su vez el ADN regula la síntesis de proteína. De este modo, existe un mecanismo de retroalimentación entre el sistema A-M y el ADN. El problema entonces es como los agentes mitóticos actúan sobre el sistema A-M.
6. Efectos de los agentes cancerígenos en el A-M
El efecto inmediato de los agentes cancerígenos en el músculo es la inducción de contracción (Puszkin y Zucker, 1973; Bacq y Alexander, 1966). La iniciación de la transformación celular lleva a una disminución de la concentración de miosina y actina celular, mientras que la diferenciación y la restitución a normal lleva a un aumento. Este proceso está metabólicamente controlado y no requiere síntesis de proteína (Wickus et al., 1976; Ash, Vogt y Singer, 1976; Shizute et al., 1976; Weber et al., 1975; Pollack, Osborn y Weber, 1966; Duprat et al., 1975). Cuando el fragmento uterino se trata con el agente mitótico estrógeno, y es entonces incubado con NADPH2, tiene lugar una transferencia de SH desde una fracción insoluble en ácido a una soluble en ácido, con la separación concomitante de la proteína soluble en ácido desde una proteína más grande (Scott y Pakoskey, 1962). Los datos anteriores, tomados junto a la conclusión de la sección 3 (e), sugieren que el efecto inmediato de los mitógenos en el sistema A-M es que se cause contracción (formación de actomiosina).
Se han propuesto los cambios en la concentración de filamento de actina en la transformación, así como algunos cambios en la tubulina, como test de malignidad (Brinkley y Fuller, 1978). Sin embargo, aunque la tubulina y la actina se consideran como dos entidades independientes, parece haber alguna conexión entre el SH de la tubulina y el sistema de actomiosina. De este modo, la miosina parece ser un compañero catalítico para los microtúbulos en la movilidad de las células. Además, el SH es necesario para la polimerización de la tubulina, y hay también cierta homología entre la tubulina y la actina (Hayaski, 1979; Nishida y Kobayaski, 1977; Mann et al., 1978).
Aunque los datos anteriores son relativamente nuevos, el efecto de los agentes cancerígenos en el SH soluble en ácido se han conocido durante medio siglo. En 1930, Vivario y Lecloux, en su trabajo de germinación, llegaron a la conclusión de que uno de los factores que juega un papel en la germinación es un aumento de GSH, que podría resultar de la hidrólisis de un polipéptido más complejo. Hammet (1929) consideró el redox SH-SS de suma importancia en la división celular. Un movimiento a la izquierda podría llevar a la división, y a la derecha a un retraso del crecimiento.
Hopkins y Morgan (1943) y otros llegaron a la misma conclusión. De este modo, se creyó que para que tenga lugar la división se necesita un aumento absoluto de GSH (Stern, 1956). Durante la división las células son independientes de un suministro de energía directo a partir de glucólisis o respiración, siendo obtenida la energía por adelantado en la forma de SH (Swan, 1957). Para que la división tenga lugar, se necesita una "enzima de división" para reducir el enlace disulfuro del componente de proteína de la pared de la célula (Nickerson y Falcone, 1956). Mortenson y Beinert (1953), estudiando la bacteria, observaron un aumento de SH en la fase log, que fue precedido por una disminución en la fase lag. Concluyeron que "posiblemente las células continúan envejeciendo antes de iniciar un nuevo ciclo de crecimiento".
Uno de los primeros en estudiar la relación entre el SH y el agente cancerígeno fue Crabtree (1947), quien hizo la hipótesis de que la cooperación de los agentes cancerígenos y los componentes de la célula conteniendo SH es un primer paso esencial de la acción cancerígena. La fijación del agente cancerígeno, a traves de grupos de SH libres a los componentes de la célula, produce una alteración de las potencialidades biomecánicas de las enzimas de la célula. La inhibición de la indución de tumor podría alcanzarse mediante la eliminación de los grupos SH necesarios para la combinación con el agente cancerígeno. Calcutt (1949), al estudiar el efecto del benzopireno 3:4 en la inducción de tumor de la piel, encontró un aumento de SH unos días después de la aplicación del agente cancerígeno, y propuso que el crecimiento de tumor podría inhibirse mediante la inhibición del aumento de SH.
Es generalmente aceptado que el aumento en el SH soluble en ácido antes de la división es un fenómeno general, siendo este aumento observado en células normales y anormales, y en componentes subcelulares tales como los núcleos y los cromosomas (Smirnova, 1973). Estos llevan al uso de agentes electofílicos para el tratamiento del cáncer. Sin embargo, aunque todos los investigadores anteriores observaron una disminución inicial de SH soluble en ácido tras la aplicación de los mitógenos, no se dio importancia a este fenómeno. La cuestión se volvió aún más confusa por el hecho de que se consideró que los SH solubles en ácido como glutatión SH y, aunque Sakai y Dan (1959) habían mostrado que esto no era cierto hace más de veinte años, con unas pocas excepciones la idea todavía permanece a día de hoy.
En la actualidad hay muchos datos que muestran que los agentes cancerígenos son agentes oxidantes, y que agentes mitóticos tan diversos como la insulina, la hepatectomía parcial, estrógenos, radiación, esperma e incluso el fumar provocan esta variación cíclica en los grupos SH solubles en ácido, y los cambios asociados en el transporte y el metabolismo (Scott y Pakoskey, 1962; Miller, 1970; Fraser y Cater, 1967; Czech, 1977; Harrington, 1967).
Se puede concluir que:
a) la acción principal de los agentes cancerígenos y otros agentes mitóticos es en el sistema A-M, por su naturaleza electrofílica provocan transferencia de carga de la miosina a la actina, y de este modo contracción;
b) cuando la contracción no es tan alta para provocar citólisis osmótica, debido al gran aumento en permeabilidad, o para hacer que la célula quede inactiva (contraída), ni tan pequeña como para dejar la célula en G0, la célula entonces irá a G1;
c) la contracción en G1 llevará a un aumento de absorción del sustrato y del metabolismo que, a su vez, llevará a una relajación mayor en S que en G0; esto, a su vez, llevará a una mínima permeabilidad y metabolismo posteriormente en S, y de este modo a una máxima contracción y división en M;
d) una vez que la célula está activada continuará dividiéndose a menos que la célula hija se encuentre ella misma en un entorno de reducción u oxidación relativamente fuerte.
Estas conclusiones se muestran en la Figura 1.
Se puede observar que los agentes cancerígenos provocan un cambio en la amplitud y el periodo del ciclo de tiol G0. Estos cambios, y los cambios asociados en el transporte y el metabolismo de sustrato, llevan finalmente a una división.
Asumiendo que el ciclo de tiol G0 es indispensable para la supervivencia celular, y que la ilustración del ciclo de tiol activado de la Figura 1 es indispensable para la división, se pueden predecir los efectos de los agentes oxidantes y reductores en diferentes puntos en los ciclos tiol. En cuanto a la muerte celular y el retraso mitótico, los efectos esperados de las distintas dosis de agentes reductores y oxidantes, junto al ciclo de tiol activado, se resumen en las Tablas 1 y 2 respectivamente.
7. Prevención y tratamiento del cáncer
Se plantea así la hipótesis de que la prevención del cáncer se puede alcanzar mediante el uso de antoxidantes para mantener a la célula en G0. Por otra parte, la destrucción de la célula puede producirse utilizando altas dosis de compuestos alquilantes u oxidantes (carcinógenos), que causan citólisis, o bien mediante el uso de altas dosis de antioxidantes, que causan una permeabilidad de membrana reducida y finalmente inanición.
Aunque el uso de antioxidantes para la prevención y el tratamiento del cáncer ha sido, hasta ahora, muy limitado, hay algunos datos que sugieren su utilidad. De este modo, se ha mostrado que antioxidantes tan diversos, como el butilhidroxianisol, butilhidroxitolueno, etoxiquina, levadura, cisteína, cisteamida, vitamina E, dimercaptopropanol-2,3, vitamina A, heparina, o la vitamina C, previenen la carcinogénesis, o bien inhiben el crecimiento del cáncer (Lusky, Braun y Woodard, 1947; Harisiadis et al., 1978, Wattenberg, 1978; Leuchtenberger y Leuchtenberger, 1977; Rosen y Stich 1978; Pauling, 1980; Cameron, Campbell y Jack, 1975; Regelson y Holland, 1958; Elias y Brugarolas, 1972; Apflel, Walker y Issarescu, 1975; Campbell, Reade y Radden, 1974; Slaga y Bracken, 1977; Marguardt, Sapozink y Zedeck, 1974).
También se ha mostrado que los agentes reductores revierten las propiedades de la célula cancerosa a normal. Por ejemplo, se ha mostrado que la adhesividad de la célula es mínima en G1 (Couchman y Rees, 1979); que es dependiente del SH (Grinnel, Milam y Srere, 1972; George y Vasudeva, 1975); y se ha propuesto que está regulada por el sistema A-M (Jones, 1966). La adhesividad de la célula de células cancerosas disminuye y vuelve a ser normal mediante agentes reductores (Gonsalvez, Vivero y Alvarez, 1979).
Se puede concluir que los antoxidantes y la manipulación de la dieta, como un aumento de toma de magnesio y una disminución de sodio, podrían ser un régimen de tratamiento más efectivo que los actuales tratamientos.
Esta hipótesis, sin embargo, también predice que los agentes relajantes, cuando se dan en pequeñas dosis durante una corta duración, podrían activar las células de cáncer inactivas (célula atascada en G1, debido a la falta de poder reductor) presentes en casos avanzados y especialmente en el interior de tumores sólidos. En este caso, podría ser necesario un régimen de tratamiento con cirugía, seguido de cualquiera de los agentes relajantes del sistema A-M.
8. Conclusiones
Las pruebas presentadas apoyan la conclusión de que el sistema A-M y su estado redox parecen ser el factor unificador en la función muscular, transmisión de impulsos, transporte, metabolismo, división celular, y ciertamente la base para la función biológica. El estado redox del sistema A-M parece ser periódico. Esta periodicidad puede describirse en términos de un cliclo "tiol", que conlleva el intercambio de carga entre la actina y la miosina. Cada tejido se caracteriza por un ciclo tiol específico. Distintos cambios en el ciclo tiol llevarán a distintos estados patológicos. Los carcinógenos son agentes oxidantes, y mediante esta propiedad producen un ciclo tiol característico que lleva a la división celular. Este ciclo tiol causado por el carcinógeno, y por tanto la división, puede inhibirse mediante el uso de dosis relativamente altas de agentes oxidantes o reductores.
La autora desea expresar su sincero agradecimiento a sus colegas, especialmetne a Dr. R. A. Fox y a Mr S. L. Sherlock, por el apoyo y los estimulantes diálogos; al Profesor L. J. Beilin y al Profesor J. M. Papadimitriu por revisar el documento; a Mrs V. Bastian por preparar el documento, y al personal del Hospital Royal Perth por su ayuda durante años.
Referencias
APFFEN, C.A., WALKER, J.E. & ISSARESCUE, S. (1975). Cancer Res. 33, 429.
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