Efectos de la congelación en las membranas y proteínas en las células tumorales de próstata LNCaP. Articulo 10

Efectos de la congelación en las membranas y proteínas en las células tumorales de próstata LNCaP.

La espectroscopía infrarroja (FTIR) y la criomicroscopía son dos técnicas que  se utilizan  para definir el proceso de daño celular durante la congelación de LNCaP   en células de tumores de próstata, a nivel molecular. Las pelotillas de la célula fueron monitoreados durante el enfriamiento a 2 ° C / min, mientras que la temperatura de nucleación de hielo
se varió entre -3 y -10 ° C. Se demuestra que las células tienden a deshidratar precipitadamente después de nucleación menos la formación de hielo intracelular se produce. La incidencia prevista de la formación de hielo intracelular aumenta rápidamente en las temperaturas de nucleación de hielo por debajo de -4 ° C y la supervivencia celular
presenta un óptimo a una temperatura de nucleación de -6 ° C. La temperatura de nucleación de hielo se encontró que tenía un gran efecto en la fase de membrana comportamiento de las células. El inicio del líquido cristalino a gel de transición de fase coincidió con la temperatura de nucleación de hielo. Además, nucleación a -3 ° C dio lugar a una transición de fase mucho más cooperativo y una concomitante menor trastorno residual de conformación de la membranas en el estado de congelación en comparación con las muestras que nucleadas a -10 ° C. Estas observaciones se explica por el efecto de la nucleación la temperatura sobre el grado de deshidratación celular y la formación de hielo intracelular. Se hizo un  análisis de Amida-III banda que reveló que las proteínas son relativamente estable durante la congelación y que la desnaturalización de proteínas inducida por el calor coincide con una disminución abrupta en las estructuras α-helicoidal y un concomitante aumento de las estructuras β-hoja a partir de una temperatura inicial de aproximadamente 48 ° C.

La criocirugía se está convirtiendo en una terapia establecida para el cáncer de  próstata. Los mecanismos generales de la lesión durante criocirugía incluyen típicamente una lesión directa a las células cancerosas debido al caso de congelación, así como eventos interviene el huésped tales como lesiones vasculares y efectos inmunológicos, que ocurren después de
descongelación. Uno de los factores que determinan el tipo de daños durante el congelación es la velocidad de enfriamiento. En las tasas de enfriamiento rápido, formación de hielo intracelular es el principal responsable de la destrucción de las células. Por el contrario, a bajas velocidades de enfriamiento, donde predomina la deshidratación, lesiones osmótica debido a los efectos de solutos causa daños. Durante el enfriamiento lento, se forma hielo fuera de la célula antes de la propagación dentro de la célula. Tan pronto como se forma el hielo fuera de una célula en una solución, la deshidrata la célula, biomoléculas endógenas  son expuestos a altas concentraciones de solutos la congelación rápida, por el contrario, los resultados son letales en formación de hielo intracelular. El mecanismo por el cual el hielo intracelular daña las células no está del todo claro, pero se ha sugerido que las células no mueren durante el evento de congelación en sí, pero durante descongelación. Un determinante importante de otras intracelular formación de hielo es la temperatura de nucleación de la formación de hielo en el espacio extracelular. Los estudios cinéticos del modelo han demostrado que cuanto menor sea la temperatura de nucleación, mayor es la
incidencia de la formación de hielo intracelular

A nivel molecular, la congelación afecta a los lípidos de membrana,  proteínas y ácidos nucleicos, cambiando el hidrofóbico y  interacciones hidrofílicas determinar la estructura y función. Es bien establecido que el enfriamiento altera el estado físico de los lípidos,  alterando así la organización de lípidos y la fluidez. Las membranas biologicas presentan a menudo un cristalino líquido a gel de fase transición durante el enfriamiento y viceversa, durante el recalentamiento. Las consecuencias de las transiciones de fase se considera que tales  incluyen aumento de la permeabilidad de membrana y de la fase lateral separación de los componentes de la membrana intracelular de proteínas puede someterse a las alteraciones estructurales irreversibles con la congelación, debido a la exposición a la concentración de solutos de alto. Además, las proteínas y los lípidos están expuestos a las especies reactivas de oxígeno, debido a sistemas enzimáticos del barrido se vean comprometidas por congelación. Las especies reactivas del oxígeno resultado de la peroxidación lipídica y fosfolípidos de-esterificación. En un estudio anterior, se
ha demostrado que la congelación de los AT-1 Dunning células tumorales en los resultados de acumulación de ácidos grasos libres. El cambio físico propiedades y composición química de la membrana plasmática puede dar lugar a una fuga de solutos citoplásmicos. Las proteínas son también son objeto de ataques de radicales libres por las especies reactivas del oxígeno

Por otra parte, las proteínas también pueden ser degradados por las proteasas procedentes de los lisosomas que perdió durante la integridad de la membrana congelación o descongelación

Una de las pocas técnicas adecuadas para el estudio de congelación-inducida cambios en la estructura y conformación de las biomoléculas celulares es espectroscopía infrarroja (FTIR). El CH2 vibraciones de estiramiento de los lípidos, por ejemplo, se ha utilizado para
detectar las transiciones de fase en los lípidos, las membranas biológicas aisladas y en células enteras. La amida I, II, III y bandas, derivados de las vibraciones de la columna de la proteína, se han ampliamente utilizado para determinar la estructura secundaria de aislados proteínas, y para el diagnóstico de la proteína total estructura secundaria de las células y los tejidos. La mayoría de los estudios de FTIR confian en la banda de amida I para el análisis de la proteína de estructura secundaria. Estudios recientes, sin embargo, han implicado la amida- III banda para el análisis de proteínas FTIR, porque los diferentes tipos de estructura secundaria están mejor resueltas, y porque esta región del espectro no encuentra la interferencia del agua y el agua bandas de vapor
En este trabajo, FTIR se utilizó para estudiar los cambios en la membrana lípidos comportamiento de fase y la estructura secundaria de proteínas en general durante la congelación de las células tumorales de próstata LNCaP.  Las muestras fueron nucleados en las temperaturas que van de -3 ° C a -10 ° C.  Se muestra que la temperatura a la cual el hielo se forma en el sistema  afecta el comportamiento de las fases de la membrana de las células. Esto es  se explica en términos de deshidratación celular y el hielo intracelular
formación, que tanto dependen críticamente de la nucleación temperatura. Las proteínas se encuentran relativamente estable durante la congelación.

Fuente: Willem F. Wolkers a,⁎, Saravana K. Balasubramanian a, Emily L. Ongstad d,
Helena C. Zec e, John C. Bischof a,b,c
a Department of Mechanical Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA
b Department of Biomedical Engineering, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA
c Department of Urologic Surgery, University of Minnesota, Minneapolis, MN 55455, USA
d Department of Biomedical Engineering, Michigan Technological University, Houghton, MI 49931-1295, USA 
e Department of Biomedical Engineering, Worcester Polytechnic Institute, Worcester, MA 01609-2280, USA
Received 11 October 2006; received in revised form 7 December 2006; accepted 11 December 2006
Available online 13 December 2006