Molecular mechanisms of hexavalent chromium carcinogenicity: an in vitro study

Abstract

O crómio hexavalente [Cr(VI)] é um agente cancerígeno ocupacional de pulmão humano bem estabelecido. Vários intermediários são gerados durante a sua redução intracelular, nomeadamente o crómio pentavalente, tetravalente e trivalente [Cr(V), Cr(IV) e Cr(III), respectivamente]. Este último tem grande capacidade de interagir com biomoléculas, incluindo DNA e proteínas, causando diversos problemas de saúde, em particular o cancro do pulmão. Apesar do intenso esforço de pesquisa, os mecanismos moleculares da carcinogenicidade do Cr(VI) ainda são pouco conhecidos. Há uma perceção crescente de que a ativação da resposta ao stress pode desempenhar um papel importante na progressão e no desenvolvimento do cancro. Contudo, a elucidação do seu papel no contexto da carcinogénese induzida pelo Cr(VI) permanece muito limitada. Recentemente, tem havido uma perceção crescente de que a ativação da resposta ao estresse pode desempenhar um papel importante na progressão e no desenvolvimento do cancro. No entanto, a elucidação do seu papel no contexto da carcinogénese induzida por Cr(VI) permanece muito limitada.Um dos objetivos do presente estudo foi determinar se as exposições de curta e/ou longa duração a Cr(VI) afeta, a sensibilidade e a forma como as células A549 respondem ao stress. O choque térmico e a privação de soro foram usados como modelos de stress e os seus efeitos foram medidos em termos de taxa de proliferação. Os níveis intracelulares da proteína HSP90α foram avaliados como uma primeira abordagem para investigar uma potencial ativação da resposta ao stress pela exposição a Cr(VI). Descobrimos que uma exposição de curta duração conferiu alguma resistência contra os efeitos negativos na proliferação causados pelo choque térmico, enquanto que uma exposição de longa duração a Cr(VI) teve o efeito oposto. Inesperadamente, encontrámos alguma sugestão de que 24 horas de privação parcial e toral de soro aumentaram a proliferação celular, mas esse aumento desapareceu gradualmente quando a privação de soro foi estendida para 72 horas. Relativamente aos níveis intracelulares da proteína HSP90α, observámos um pequeno aumento nas culturas cronicamente expostas a Cr(VI) em comparação às culturas controlo.A morfologia, padrão de crescimento, tempos de duplicação e/ou capacidade migratória foram utilizados como marcadores do grau de transformação das culturas expostas a Cr(VI). Não foram observadas alterações significativas na morfologia e no padrão de crescimento das culturas que foram expostas a Cr(VI) durante 3 meses. Esta exposição de longa duração produziu uma diminuição muito pequena no tempo de duplicação, mas isso não foi estatisticamente significativo. A capacidade migratória foi avaliada apenas em culturas expostas a Cr(VI) por curtos períodos de tempo e nenhuma diferença foi encontrada em comparação com as culturas de controle. Os nossos resultados sugerem que o grau de transformação desta linha celular não mudou significativamente após uma exposição crônica de 3 meses a Cr(VI).

Hexavalent chromium [Cr(VI)] is a well-established occupational human lung carcinogen. Several intermediates are generated during its intracellular reduction, namely pentavalent, tetravalent and trivalent chromium [Cr(V), Cr(IV) and Cr(III), respectively]. The latter has a great ability to interact with biomolecules, such as DNA and proteins, causing several health problems, in particular lung cancer. Despite intensive research effort, the molecular mechanisms of Cr(VI) carcinogenicity are still poorly understood. There is a growing perception that activation of the stress response may play an important role in cancer progression and development. However, the elucidation of its role in the context of Cr(VI)-induced carcinogenesis remains very limited. One of the aims of the present study was to determine whether short- and/or long-term exposures to Cr(VI) affect the sensitivity and the way A549 cells respond to stress. Heat shock and serum deprivation were used as models of stress and their effects were measured in terms of proliferation rates. Intracellular levels of HSP90α protein were evaluated as a first approach to investigate a potential activation of the stress response by Cr(VI) exposure. We found that a short-term exposure conferred some resistance against the negative effects on proliferation caused by heat shock, while a long-term exposure to Cr(VI) had the opposite effect. Rather unexpectedly, we found some suggestion that 24 h of both partial and total serum deprivation increased cell proliferation, but this increase gradually vanished when serum deprivation was extended to 72 h. Regarding intracellular levels of HSP90α protein, we observed a small increase in cultures chronically exposed to Cr(VI) compared to control cultures. Morphology, growth pattern, doubling times and/or migratory capacity were used as markers of transformation degree of cultures exposed to Cr(VI). No significant changes were observed in morphology and pattern of growth of the cultures that were exposed for 3 months to Cr(VI). This long-term exposure produced a very small decrease in the duplication time, but this was not statistically significant, Migratory capacity was only evaluated in cultures exposed to Cr(VI) for short periods of time and no differences were found compared to control cultures Altogether, our results suggest that the degree of transformation of this cell line did not change significantly after a 3-month chronic exposure to Cr(VI).