Efeitos do Crómio Hexavalente no Metabolismo Energético de uma Linha Celular do Epitélio Brônquico Humano

Abstract

O crómio hexavalente [Cr(VI)] é um reconhecido agente cancerígeno pulmonar. O seu potencial para induzir o processo neoplásico foi descoberto após observação do aparecimento de diversos casos de cancro pulmonar em trabalhadores expostos a este ião. Esta descoberta promoveu a realização de estudos para observar e tentar compreender as mudanças induzidas pelo Cr(VI) ao nível celular. A desregulação do metabolismo bioenergético, uma possível mudança necessária adquirir por todas as células que sofrem transformação maligna, é uma das alterações observadas em células expostas ao Cr(VI). O consumo de glucose, de glutamina e de oxigénio (O2), a produção de lactato e de amónia, assim como os níveis intracelulares de nucleótidos de adenina são alguns dos parâmetros bioenergéticos mais relevantes neste contexto e que parecem encontrar-se alterados após exposição das células a Cr(VI). Contudo, os estudos feitos no sentido de avaliar o efeito deste ião nos parâmetros referidos são escassos, e nem todos envolveram a utilização de um modelo representativo do epitélio brônquico humano, no qual surge a maioria dos cancros pulmonares induzidos por Cr(VI). A linha celular BEAS-2B, estabelecida por Curtis Harris e colaboradores em 1988, tem sido extensivamente utilizada como modelo do epitélio brônquico humano em estudos relacionados com o cancro do pulmão, entre outros. Apesar desta linha celular ter sido imortalizada através de infecção viral, as células BEAS-2B retêm a maioria das características das células normais do epitélio brônquico humano e apenas promovem a formação de tumores quando em passagens elevadas. Este trabalho teve como principal objectivo avaliar o efeito de concentrações pouco citotóxicas de Cr(VI) em alguns parâmetros do metabolismo energético de células da linha celular BEAS-2B, em condições basais e na presença de um modulador do metabolismo. Previamente, alargámos a caracterização da mesma linha celular e determinámos os efeitos das condições e idade de cultura em diferentes parâmetros, especificamente na morfologia, proliferação e metabolismo energético. Observou-se que na ausência de revestimento, que mimetiza a matriz extracelular, o típico padrão de crescimento das culturas de células BEAS-2B se alterou, mas sem que os tempos de duplicação tenham sido afectados. Pelo contrário, os tempos de duplicação das culturas de passagem mais elevada foram superiores aos das culturas de passagem mais baixa. Adicionalmente, culturas de passagem mais elevadaapresentaram uma morfologia diferente das de passagem mais baixa. O consumo de glucose e produção de lactato não foram afectados pela idade de cultura. A exposição a Cr(VI), tanto crónica como de longa duração, promoveu alteração para um metabolismo mais fermentativo. Esta alteração foi mais evidente para as maiores concentrações de Cr(VI). De um modo geral, observou-se um aumento no consumo de glucose e na produção de lactato. Relativamente à carga energética (EC) e aos níveis intracelulares de nucleótidos de adenina, os efeitos observados foram mais ténues, tendo-se apenas verificado um decréscimo nos níveis intracelulares de ATP após exposição de longa duração a 2 μM de Cr(VI). Ao incubar células com Cr(VI) na presença de um modulador de metabolismo, a 2-deoxi-D-glucose (2-DG), ocorreu um aumento na produção de lactato, mas num valor idêntico ao observado em células incubadas apenas com Cr(VI). Desta forma, concluiu-se que este efeito se deveu apenas à presença deste ião. Estranhamente, não se verificaram alterações nos níveis intracelulares de ATP nas células incubadas com 2- DG.

Hexavalent chromium [Cr(VI)] is a known lung carcinogen. Its potential to induce the neoplastic process was discovered after the appearance of many cases of lung cancer in workers exposed to this ion. This discovery promoted many studies to observe and elucidate the changes induced at the cellular level. The deregulation of bioenergetics, a possible change suffered by all the cells that undergo a malignant transformation, is one of the changes observed in cells exposed to Cr(VI). The consumption of glucose, glutamine and oxygen (O2), the production of lactate and ammonia, and the intracellular levels of adenine nucleotides are some of the most relevant bioenergetic parameters in this context and seem to be altered after exposure of the cells to Cr(VI). Nonetheless, studies assessing the effect of this ion in these parameters are scarce, and representative models of the bronchial epithelium, where most lung cancers induced by Cr(VI) appear, were not always used. The BEAS-2B cell line, established by Curtis Harris and collaborators in 1988, has been extensively used as a model of human bronchial epithelium in studies related to lung cancer, among others. Although this cell line has been immortalized by viral infection, the BEAS-2B cells retain characteristics of normal human bronchial epithelial cells and only promote the formation of tumors at high passages. This work had as main objective to evaluate the effects of concentrations of Cr(VI) nor overly cytotoxic in some bioenergetic parameters of BEAS-2B cells, under basal conditions and in the presence of a metabolic modulator. Previously, we have extended the characterization of this cell line and determined the effects of culture conditions and age on different parameters, specifically in morphology, proliferation and energy metabolism. It was observed that in the absence of coating, which mimics the extracellular matrix, the typical growth pattern of BEAS-2B cell cultures was altered, but the doubling times were not affected. On the contrary, the doubling times of the older cultures were higher than those of younger cultures. Additionally, older cultures showed a different morphology relative to younger ones. The glucose consumption and lactate production were not affected by culture age. Both short-term and long-term exposure to Cr(VI) promoted a more fermentative metabolism. This change was more evident for higher concentrations of Cr(VI). In general, there was an increased glucose consumption and lactate production.Regarding the energy charge (EC) and intracellular levels of adenine nucleotides, the observed effects were more tenuous, having only a decrease in intracellular levels of ATP after a long term exposure to 2 μM Cr(VI) been observed. Incubation of cells with Cr(VI) in the presence of a modulator of energy metabolism, 2-deoxy-D-glucose (2-DG), led to an increased lactate production, but to a similar extent of that observed when cells were exposed to Cr(VI) only. Thus, it was concluded that this effect was due only to the presence of this ion. Intriguingly, there were no changes in ATP levels when cells were incubated with 2-DG.