Coloquio de supercómputo 2020

Análisis de los perfiles proteómicos mitocondriales de los subtipos moleculares de cáncer de mama

1Ortega-Lozano Ariadna J, 2Gómez-Caudillo Leopoldo,1Briones-Herrera Alfredo, 1Aparicio-Trejo Omar E, 2Minauro-

Sanmiguel Fernando, 1Pedraza-Chaverri José.1Departamento de Biología, Facultad de Química, Universidad

Nacional Autónoma de México (UNAM), Mexico City, 04510,

Mexico. 2Unidad de Investigación Médica en Genética Humana,

UMAE Pediatría CMNSXXI.

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Introducción

El cáncer de mama es la neoplasia con mayor incidencia y mortalidad

entre las mujeres del mundo. Para el 2018, se estimó que hubo 2.1

millones casos en todo el mundo y 626,679 muertes (Bray et al. 2018).

Clasificación molecular del cáncer de mama

• Refleja la heterogeneidad biológica• Mejor diagnóstico• Predicción de respuesta terapéutica• Predicción riesgo de recurrencia

La clasificación molecular ha redefinido la

clasificación del cáncer de mama en cuatro

subtipos moleculares: luminal A, luminal B,

basal-like y Her-2 (Perou et al. 2000)

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Uno de los “hallmarks” del cáncer es la reprogramación de metabolismo energético (efecto

Warburg) en el cual hay un cambio de la fosforilación oxidativa (OXPHOS) a un aumento de la

glicólisis, para respaldar los requisitos biosintéticos para una alta proliferación celular y para la

adaptación de ambiente celular (Hanahan and Weinberg 2011)

Fig. 4 Con las 1,394 proteínas mitocondriales identificadas por LC-MS/MS (cromatografía líquida acoplada a masas

en tándem), se realizó un análisis de componentes principales para explicar y resumir la dimensionalidad de la

abundancia de las proteínas de forma conjunta para las cuatro líneas celulares. Los tres primeros componentes

explican el 82% de la variación total. Con las proteínas de los tres componentes se seleccionaron 41 proteínas que

presentaron una expresión diferencial entre las cuatro líneas celulares para realizar la propuesta de la firma

mitocondrial.

Las pruebas de respirometría, potencial de membrana mitocondrial y LC-MS/MS han reflejado las

diferencias de metabolismo energético mitocondrial en las líneas celulares de cáncer de mama.

Encontrando que en los subtipos moleculares Her-2 y basal-like presentan una disminución de los

complejos OXPHOS, lo que podría explicar su baja respiración y menor producción de ATP en

comparación a los subtipos luminales.

Con los avances logrados mediante la ayuda de supercómputo se han identificado 5 posibles proteínas

para la validación de la firma mitocondrial

Conclusiones

Fig.5 Con el apoyo de la supercomputadora Miztli de la UNAM se comenzó con la validación de la firma

mitocondrial propuesta con las líneas celulares de cáncer de mama. Con el software Maxquant se ha reanalizado

una cuarta parte de la base de datos de proteoma total generado por Mertins et al. 2016 a partir de 105 biopsias

de mujeres con cáncer de mama que fueron diagnosticadas con base a la clasificación molecular.

a) Se identificaron 1201 proteínas mitocondriales de las cuales 39 tienen patrones de expresión característico para

cada uno de los subtipos moleculares, b) y 5 fueron comunes con la firma mitocondrial propuesta con las líneas

celulares, SDHB,UQCRC1, UQCRQ,UQCRH y NDUFA8, que permiten distinguir entre los distintos subtipos

moleculares de cáncer de mama.

Fig. 3 La línea control tiene mayor potencial mitocondrial seguido de la línea

MCF-7, MDA-MB-231, BT-474 y SKBR-3

DesarrolloA pesar de la gran cantidad de estudios histológicos, bioquímicos y moleculares que se han realizado para

la comprensión y diagnóstico del cáncer de mama, aún se continua con la búsqueda de más elementos que

ayuden a su comprensión, y búsqueda de biomarcadores de diagnóstico y tratamiento.

En consecuencia, la mitocondria se ha convertido en un orgánulo clave en el estudio de la carcinogénesis.

Por otra parte, la proteómica ha sido de gran utilidad para la caracterización detallada de los procesos

moleculares alterados en el cáncer que pueden resultar en biomarcadores de uso diagnóstico y tratamiento

del cáncer.

Objetivo: Definir firmas proteómicas mitocondriales funcionales para cada uno de los subtipos moleculares

de cáncer de mama.

P: Respiración directamente atribuible a la OXPHOSCR: Control respiratorio indica la eficiencia de la mitocondria para producir ATP.

Fig. 2 En conjunto los datos de respirometría muestran que la línea control pose

un metabolismo mitocondrial mayor, mayor capacidad de producción de ATP

mitocondrial, seguida de la línea MCF7, yMDA-MB-231.

Bibliografía-Fray, Freddie, Jacques Ferlay, Isabelle Soerjomataram, Rebecca L. Siegel, Lindsey A. Torre, and Ahmedin Jemal. 2018. “Global Cancer Statistics 2018:

GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries.” CA: A Cancer Journal for Clinicians 68 (6): 394–424.

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-Hanahan, Douglas, and Robert A. Weinberg. 2011. “Hallmarks of Cancer: The next Generation.” Cell 144 (5): 646–74.

https://doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013.

-Mertins, Philipp, D. R. Mani, Kelly V. Ruggles, Michael A. Gillette, Karl R. Clauser, Pei Wang, Xianlong Wang, et al. 2016. “Proteogenomics Connects

Somatic Mutations to Signalling in Breast Cancer.” Nature 534 (7605): 55–62. https://doi.org/10.1038/nature18003.

-Perou, Charles M, Therese Sorlie, Michael B Eisen, Matt Van De Rijn, Stefanie S Jeffrey, Christian A Rees, Jonathan R Pollack, et al. 2000. “Molecular

Portraits Breast Cancer.” Nature 406 (May): 747–52. https://doi.org/10.1038/35021093.