Impact of hexavalent chromium, a lung carcinogen, on the stress response of cultured human epithelial cancer cells and on their susceptibility to stress

Abstract

O crómio hexavalente [Cr(VI)] é um agente carcinogénico do pulmão bem estabelecido, inicialmente sugerido pelo aumento da incidência do cancro do pulmão entre os trabalhadores da produção de cromados. O Cr(VI) não interage com biomoléculas, contrariamente ao crómio trivalente [Cr(III)], que se liga extensivamente às biomoléculas, nomeadamente ao ADN, produzindo efeitos genotóxicos e mutagénicos. Um dos objetivos deste estudo foi determinar o impacto deste agente cancerígeno na resposta ao stress celular dos seus alvos celulares e na sua suscetibilidade ao stress.Para abordar a questão da relevância biológica, todas as experiências deste estudo foram realizadas em células epiteliais pulmonares humanas, os principais alvos da carcinogenicidade do Cr(VI), mais especificamente na linha celular A549. Além disso, as concentrações de Cr(VI) às quais estas células foram expostas durante períodos de tempo curtos e prolongados (exposições a curto e a longo prazo, respectivamente) não foram excessivamente citotóxicas. Os nossos resultados mostraram que a exposição aguda ao Cr(VI) não protegeu as células contra os efeitos adversos da privação de soro na proliferação celular, mas protegeu-as parcialmente dos efeitos produzidos pela limitação do soro, o que lhes poderá ter dado uma vantagem proliferativa. Observou-se também uma maior resistência à privação de glicose nas células expostas ao Cr(VI). Relativamente à exposição crónica, os efeitos foram avaliados em termos de proliferação celular e potencial clonogénico e ambos sugeriram que o Cr(VI) conferiu alguma resistência à limitação e privação do soro. Além disso, os nossos resultados mostraram que os níveis proteicos de HSP90α diminuíram nas culturas expostas ao Cr(VI) por um longo período de tempo, em comparação com as culturas controlo.Simultaneamente, o grau de transformação das células cronicamente expostas ao Cr(VI) foi monitorizado durante um período de sete meses. Esta monitorização baseou-se em parâmetros normalmente utilizados como marcadores da transformação celular in vitro, tais como morfologia e padrão de crescimento, tempos de duplicação da população (PDTs) e capacidade migratória. De um modo geral, a exposição de 7 meses não produziu alterações óbvias na morfologia e padrão de crescimento das células A549. No entanto, as culturas expostas ao Cr(VI) durante 7 meses mostraram uma diminuição estatisticamente significativa dos PDTs e uma maior capacidade migratória celular, o que indicou que esta exposição induziu uma nova transformação.

Hexavalent chromium [Cr(VI)] is a well-established occupational human lung carcinogen, as first hinted by the increased lung cancer incidence among chromate production workers. Cr(VI) is unable to interact with biomolecules, contrarily to trivalent chromium [Cr(III)], which binds extensively to biomolecules, most notably to DNA, producing genotoxic and mutagenic effects. One of the aims of this study was to determine the impact of this carcinogen on the cellular stress response of its cellular targets and on their susceptibility to stress.To address the question of biological relevance, all experiments in this study were conducted on human lung epithelial cells, the main targets of Cr(VI) carcinogenicity, more specifically on the A549 cell line. Also, the concentrations of Cr(VI) to which these cells were exposed to for both short and extended periods of time (short-term and long-term exposures, respectively) were not overtly cytotoxic. Our results showed that acute exposure to Cr(VI) did not protect cells against the adverse effects of serum deprivation on cell proliferation but protected partially them from the effects produced by serum limitation, which might have given them a proliferative advantage. An increased resistance to glucose deprivation was also observed in cells exposed to Cr(VI). Regarding chronic exposure, the effects were evaluated in terms of cell proliferation and clonogenic potential and both suggested that Cr(VI) conferred some resistance to serum limitation and deprivation. In addition, our results showed that the HSP90α protein levels decreased in cultures exposed to Cr(VI) for an extended period of time, compared to control cultures.Concurrently, the degree of transformation of cells chronically exposed to Cr(VI) was monitored over a period of seven months. This monitoring was based on parameters commonly used as markers of cellular transformation in vitro, such as morphology and pattern of growth, population doubling times (PDTs) and migratory capacity. Altogether, the 7-month exposure did not produce obvious changes in the morphology and pattern of growth of A549 cells. However, cultures exposed to Cr(VI) for 7 months showed a statistically significant decrease in PDTs and a higher cell migratory capacity, which indicated that this exposure induced further transformation.