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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA APLICADA ESTUDIO DE LA ACTIVIDAD CITOTÓXICA DE NANOPARTÍCULAS DE ORO BIOSINTETIZADAS CON CURCINA EN LÍNEAS CELULARES CANCERÍGENAS T E S I S PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN BIOTECNOLOGÍA APLICADA PRESENTA I.A. ANA LUISA GÓMEZ GÓMEZ DIRECTORES DE TESIS DR. ABDÚ ORDUÑA DÍAZ DR. VALENTIN LÓPEZ GAYOU TEPETITLA DE LARDIZABAL, TLAXCALA DICIEMBRE 2016 I AGRADECIMIENTOS Al personal del Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada del Instituto Politécnico Nacional por las facilidades otorgadas durante el desarrollo de esta tesis. Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por los apoyos económicos brindados como becaria, así como al Programa de Fortalecimiento Académico para Indígenas 2015-1. También a los proyectos SIP 20160211, Estudio de residuos nanoestructurados provenientes del proceso CSVT-HFCVD mediante espectroscopías. A los directores de tesis el Dr. Abdú Orduña Díaz y al Dr. Valentín López Gayou, por la confianza y orientación durante este trabajo de maestría. A los integrantes del comité tutoral, la Dra. Alma Leticia Martínez, Dra. Lidia Patricia Jaramillo Quintero, Dr. José Francisco Sánchez Ramírez y Dr. Raúl Jacobo Delgado Macuil por las observaciones realizadas a lo largo de los exámenes tutorales y en la revisión de este trabajo. A la Facultad de Ciencias Básicas, Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Tlaxcala por la oportunidad de trabajar en sus laboratorios y permitirme conocer a Doña Chío, Franzue, Iris, Suri, Yvett, en general gracias por su gentileza a todos los estudiantes de la Dra. Patricia Jaramillo. Al laboratorio del Dr. Marco Antonio Cerbón, en particular al Dr. Ignacio González de la Facultad de Química de la UNAM, gracias por las líneas celulares. Un agradecimiento especial al Dr. Saúl Rojas Hernández y su grupo de investigación del Laboratorio de Inmunología Celular y Molecular de la Sección de Estudios de Posgrado e Investigación de la Escuela Superior de Medicina, por su apoyo incondicional en el desarrollo experimental de la última etapa del proyecto. II Finalmente a mis amigos Nancy, Jade, Miguel, Made Jair, Frank y la Q.F.B. Lety Saldaña. A los fiesteros Nallely (Zoe), Mago, Mire, Edgar, Richard, Roger, Elías, Gera, Carlitos nunca olvidare las convivencias leves. A mis amiguitos de trabajo Ana Lau, Janette, Manuel, Ángel, Orlando y Gera. A los chicos de la ESM-IPN Mara, Arturo Contis, Alexander, José Luis, Alfredo, Diego, Itzel, Sonia. A Vero Garrido y Jorge por su apoyo en las extracciones de RNA. A mis compañeros de generación Ana María, Vero, Meli, Flor, Aidé, Gina, Isaí y Beto. III DEDICATORIAS A mi familia A mis padres Victor y Victoria, por su amor y apoyo incondicional, les dedico esta tesis con mucho cariño. A mis hermanos Javier y Adriana por ser mis cómplices e incondicionales. A Alejandra, Alán y José por sus ocurrencias que me roban una sonrisa cada día. A mi tía Luisa por su cariño y atinados consejos, a ustedes que siempre están conmigo a pesar de la distancia, les agradezco y dedico este logro en familia. A Sergio por su amor incondicional. IV RESUMEN Jatropha curcas L. es un cultivo de importancia debido a sus diversas aplicaciones y propiedades antimicrobianas, antipiréticas y antitumorales. Esta última característica se ha relacionado con una proteína llamada curcina, ya que estudios recientes han demostrado que esta proteína presenta actividad citotóxica sobre algunas líneas celulares cancerígenas, debido a su actividad RNA N-glucosidasa, lo que sugiere su posible uso como agente terapéutico. En los últimos años la nanotecnología ha hecho aportaciones en el área biomédica, mediante el uso de estructuras nanométricas se podría dirigir el efecto citotóxico de curcina. En el presente trabajo se realizó la biosíntesis de nanopartículas de oro con curcina, las cuales fueron caracterizadas por espectroscopía UV-Visible, espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR por sus siglas en inglés) y microscopía electrónica de transmisión (MEB), y se evaluó su efecto citotóxico sobre las líneas celulares HeLa, MDA-MB-231 y PC-3 (cáncer cervicouterino, mama y próstata, respectivamente). Las nanopartículas obtenidas de acuerdo con las micrografías tuvieron un tamaño de partícula promedio de 12.08 nm, con formas cuasi esféricas, mientras que por espectroscopía UV-Visible se determinó la banda de superficie de plasmón a 535 nm, esto indica la formación de estructuras monodispersas y que concuerda con los resultados obtenidos por MET. Por espectroscopia IR-FT se observaron los picos correspondientes a la amida I y amida II (1656 y 1533 cm-1 respectivamente) presentes en las proteínas así como corrimientos de estos picos junto con la presencia de picos en la región de 1000 a 1500 cm-1, que de acuerdo a la literatura se relacionan con las interacciones entre el oro y grupos funcionales de los aminoácidos presentes en curcina. V ABSTRACT Jatropha curcas L. is an important crop because of its various applications and antimicrobial, antipyretic and anti-tumor properties. This latter feature has been linked to a protein called curcin, as recent studies have shown that this protein has cytotoxic activity on some cancer cell lines, due to their activity RNA N-glycosidase, suggesting its possible use as a therapeutic agent. In recent years, nanotechnology has made contributions in the biomedical area, by using nanometric structures could direct the cytotoxic effect of curcin. In this paper the biosynthesis of gold nanoparticles with curcin was made, which were characterized by UV-visible spectroscopy, infrared spectroscopy by Fourier transform (FT-IR) and transmission electron microscopy (SEM), and its effect was evaluated cytotoxic on HeLa cell lines, MDA-MB-231 and PC-3 (cervical cancer, breast, and prostate cancers, respectively). The nanoparticles obtained according to the micrographs had an average particle size of 8.12 nm, with quasi-spherical shapes, while by UV-Visible band surface plasmon at 535 nm was determined, it indicates the formation of monodisperse structures and consistent with the results obtained by TEM. Spectroscopy IR-FT corresponding to amide I peaks were observed and amide II (1656 and 1533 cm-1 respectively) present in proteins and shifts of these peaks coupled with the presence of peaks in the region of 1000 to 1500 cm -1, which according to the literature they relate to interactions between gold and functional groups of the amino acids present in curcin I ÍNDICE RESUMEN .......................................................................................................................................... IV ABSTRACT ......................................................................................................................................... V CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES ........................................................................................................ 3 2.1. CÁNCER: PROBLEMÁTICA Y GENERALIDADES ............................................................ 3 2.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS CELULAS NEOPLASICAS ................................................. 6 2.3. MUERTE CELULAR ............................................................................................................ 7 2.4. CULTIVO DE Jatropha curcas L. ......................................................................................10 2.5. PROTEÍNAS Y SU CLASIFICACIÓN ................................................................................ 11 2.6. PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS ..................................................................................... 11 2.7. CURCINA .......................................................................................................................... 13 2.8. PROTEÍNAS INACTIVADORAS DE RIBOSOMAS .......................................................... 14 2.9. NANOTECNOLOGÍA Y SUS APLICACIONES ................................................................. 16 2.10. SÍNTESIS DE NANOPARTÍCULAS .............................................................................. 17 2.11. BIOSINTESIS DE NANOPARTÍCULAS DE ORO ........................................................ 18 2.12. TECNICAS ESPECTROSCÓPICAS PARA IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS ............................................................................................................... 20 2.12.1. ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VISIBLE ................................................................. 20 2.12.2. ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FT-IR) 21 2.12.3. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA .............................................................................. 22 2.12.4. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (MEB) ........................................... 22 2.12.5. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN (MET) ................................... 23 2.13. JUSTIFICACIÓN ........................................................................................................... 24 2.14. HIPÓTESIS ................................................................................................................... 25 2.15. OBJETIVOS .................................................................................................................. 25 2.15.1. OBJETIVO GENERAL............................................................................................... 25 II 2.15.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................... 25 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA......................................................................................................... 26 3.1. ESTRATEGÍA GENERAL DE TRABAJO .......................................................................... 26 3.2. DESGRASADO DE LA HARINA DE SEMILLAS DE J. curcas ......................................... 27 3.3. EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE CURCINA ............................................................. 27 3.4. CUANTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS POR EL MÉTODO DEL ÁCIDO BICINCONÍNICO (BCA) 27 3.5. ELECTROFORESIS (SDS-PAGE) .................................................................................... 28 3.6. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE CURCINA ......................................................................... 30 3.7. BIOSÍNTESIS DE NANOPARTÍCULAS DE ORO ............................................................ 31 3.8. SÍNTESIS QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE ORO .................................................. 32 3.9. CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS DE ORO................................................. 32 3.10. CULTIVOS CELULARES .............................................................................................. 32 3.11. DETERMINACIÓN DE LA ACTIVIDAD CITOTÓXICA ................................................. 33 CAPÍTULO 4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................. 34 4.1. EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE CURCINA ............................................................. 34 4.2. ELECTROFORESIS (SDS-PAGE) .................................................................................... 35 4.3. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE CURCINA ......................................................................... 35 4.4. BIOSÍNTESIS DE NANOPARTÍCULAS DE ORO ............................................................ 36 4.4.1. CARACTERIZACIÓN POR ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VISIBLE ...................... 36 4.4.2. CARACTERIZACIÓN MEDIANTE MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN (MET) ............................................................................................................ 43 4.4.3. CARACTERIZACIÓN MEDIANTE ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) ............................................................................... 45 4.5. SÍNTESIS QUÍMICA DE NANOPARTÍCULAS DE ORO .................................................. 52 4.5.1. CARACTERIZACIÓN POR ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VISIBLE ...................... 52 4.5.2. CARACTERIZACIÓN MEDIANTE ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) ............................................................................... 53 4.6. EVALUACIÓN DEL EFECTO CITOTÓXICO .................................................................... 54 CAPÍTULO 5. CONCLUSIONES ....................................................................................................... 61 III BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................................................. 62 ANEXOS ............................................................................................................................................ 70 ANEXO A ...................................................................................................................................... 70 ANEXO B ...................................................................................................................................... 71 ANEXO C ...................................................................................................................................... 72 ANEXO D ...................................................................................................................................... 74 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Algunos cambios bioquímicos y genéticos que ocurren en células cancerosas del ser humano. Se observan algunos cambios bioquímicos en células cancerosas; aquí sólo se muestran algunos de ellos (Murray & Gross, 2009). ........................................................................................... 6 Figura 2. Representación esquemática de las vías de señalización celular de activación de apoptosis en una célula (Martínez, 2009)............................................................................................................ 9 Figura 3. Arbusto (a), frutos (b) y semillas (c) de Jatropha curcas (Heller, 1996) ............................ 10 Figura 4. Mecanismo de acción de las RIPs (Proteínas Inactivadoras de los Ribosomas). Todas las RIPs escinden una adenina (A4324) en el ARNr de la subunidad mayor de los ribosomas, imposibilitando la unión del factor de elongación II. (Stirpe et al., 2004) .......................................... 14 Figura 5. Representación esquemática de la estructura de las proteínas inactivadoras de ribosomas. (Domashevskiy & Goss, 2015) .......................................................................................................... 15 Figura 6. Aplicaciones terapéuticas en cáncer de nanopartículas de oro. (Ghosh et al., 2008) ...... 17 Figura 7. Diagrama del proceso de biosíntesis (Akhtar et al., 2013) ................................................ 19 Figura 8. Localización en la región visible de nanopartículas de oro (Au) y plata (Ag), dependiendo de su morfología (Izaguirre-López, 2010) ......................................................................................... 20 Figura 9. Equipo FTIR VERTEX 70................................................................................................... 21 Figura 10. Esquema general del efecto del haz de electrones sobre la muestra. ............................ 23Figura 11. Diagrama de la estrategia general de trabajo para la evaluación del efecto citotóxico de nanopartículas de oro biosintetizadas con curcina ........................................................................... 26 Figura 12. Líneas celulares en medio DMEM suplementado con SFB al 10%, antibióticos al 1%, 37 °C y 5% de CO2 (HeLaa MDA-MB-231b y PC-3c). ............................................................................ 33 Figura 13. Cromatografía de intercambio iónico del extracto T/A de semillas de J. curcas en SP- Sepharosa®, eluído con un buffer de fosfatos 5mM pH 7 con NaCl 1 M ......................................... 34 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605180 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605180 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605180 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605181 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605181 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605182 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605183 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605183 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605183 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605184 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605184 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605185 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605186 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605188 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605189 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605190 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605190 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605191 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605191 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605192 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605192 IV Figura 14. Electroforesis SDS-PAGE. 1) Marcador de peso molecular; 3) Extracto T/A; 4 y 5) Fracciones 9 a 15 obtenidas por cromatografía de intercambio iónico; 6 y 7) Fracciones 9 a 15 obtenidas por cromatografía de intercambio iónico, dializadas y ultrafiltradas en membranas de 30 kDa y 10 kDa. ................................................................................................................................... 35 Figura 15. ARNr de hígado de ratón ................................................................................................. 35 Figura 16. Espectros de absorción UV-Vis de los controles a diferentes temperaturas : a) C1: HAuCl4 + SDS; b) C2: Curcina + SDS; c) C3: Curcina + HAuCl4 .................................................................. 38 Figura 17. Espectros de absorción UV-Vis de los tratamientos: a) A1: 150 µg/mL curcina + 200 µg/mL HAuCl4; b) A2: 225 µg/mL curcina + 150 µg/mL HAuCl4 y c) A3: 300 µg/mL curcina + 100µg/mL HAuCl4 ............................................................................................................................................... 39 Figura 18. Espectro UV-Vis de la biosíntesis de Cur- AuNPs a 70 °C (a); electroforesis SDS-PAGE de las Cur-AuNPs y curcina (b). ........................................................................................................ 42 Figura 19. Micrografías MET a) y b) de la biosíntesis de Cur-AuNPs (A2, 70 °C); c) y d) biosíntesis de Cur-AuNPs (C3, 70 °C, sin SDS) ................................................................................................ 43 Figura 20. Micrografía MET de la biosíntesis de Cur-AuNPs (A2 a 70 °C) y su respectiva distribución de tamaño. ......................................................................................................................................... 44 Figura 21. Espectros FTIR de los controles: a) C1: HAuCl4 + SDS; b) C2: Curcina + SDS y c) C3: Curcina + HAuCl4 .............................................................................................................................. 48 Figura 22. Espectros FTIR de las muestras: a) A1: 150 µg/mL curcina + 200 µg/mL HAuCl4; b) A2: 225 µg/mL curcina + 150 µg/mL HAuCl4 y c) A3: 300 µg/mL curcina + 100µg/mL HAuCl4 ............. 49 Figura 23. a) Espectros FTIR de curcina; b) Biosíntesis de las nanopartículas de oro con curcina a 70 °C .................................................................................................................................................. 51 Figura 24. Espectro UV-Vis de la síntesis química de nanopartículas de oro. ................................. 52 Figura 25. Espectro FTIR de las nanopartículas sintetizadas químicamente .................................. 53 Figura 26. Estructura del complejo proteína-surfactante del modelo "Necklace and bead" y sus dos posibilidades. (A) La proteína envuelta alrededor de la micela. (B) Los núcleos de las micelas se encuentras en los sitios hidrfóbicos de la proteína. (Xu & Keiderlin, 2004). ..................................... 54 Figura 27. Ensayo MTT de la línea celular MDA-MB-231; a) Control, b) células MDA-MB-231 en presencia de curcina y c) células MDA-MB-231 tratadas con Cur-AuNPs. ...................................... 56 Figura 28. Ensayo MTT de la línea celular HeLa; a) Control, b) células HeLa tratadas con curcina y c) células HeLa tratadas con Cur-AuNPs. ........................................................................................ 56 Figura 29. Figura 23. Ensayo MTT de la línea celular PC3; a) Control, b) células PC3 tratadas con curcina y c) célulasPC3 tratadas con Cur-AuNPs. ............................................................................ 56 Figura 30. Evaluación del efecto citotóxico de curcina, nanopartículas con curcina, nanopartículas con citrato, en la línea celular MDA-MB-231 ..................................................................................... 57 Figura 31. Evaluación del efecto citotóxico de curcina, nanopartículas con curcina, nanopartículas con citrato, en la línea celular HeLa .................................................................................................. 57 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605193 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605193 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605193file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605193 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605194 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605195 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605195 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605196 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605196 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605196 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605197 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605197 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605198 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605198 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605199 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605199 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605200 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605200 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605201 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605201 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605202 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605202 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605203 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605204 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605205 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605205 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605205 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605206 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605206 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605207 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605207 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605208 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605208 V Figura 32. Evaluación del efecto citotóxico de curcina, nanopartículas con curcina, nanopartículas con citrato, en la línea celular PC-3 .................................................................................................. 58 Figura 33. Curva estándar de BSA para la cuantificación de proteínas ........................................... 70 Figura 34. Espectro UV-Vis de los reactivos utilizados en la biosíntesis de nanopartículas de oro 71 Figura 35. Espectro FTIR del SDS y HAuCl4 en la biosíntesis de nanopartículas de oro. ............... 74 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Tratamientos utilizados contra cáncer (American Cancer Society, 2014). ........................... 5 Tabla 2. Comparación de características citomorfológicas de los procesos de muerte celular: apoptosis y necrosis. Adaptada de Elmore (2007) y tomada de Martinez (2009). ............................. 8 Tabla 3. Métodos químicos para la síntesis de nanopartículas ........................................................ 18 Tabla 4. Concentraciones para la construcción de la curva estándar de BCA ................................. 28 Tabla 5. Solución estándar para la preparación de geles de electroforesis SDS-PAGE ................. 29 Tabla 6. Composición de los geles de electroforesis SDS-PAGE .................................................... 29 Tabla 7. Composición de buffer muestra para electroforesis SDS-PAGE ........................................ 29 Tabla 8. Condiciones experimentales para la biosíntesis de nanopartículas de oro ........................ 31 Tabla 9. Diseño experimental para la biosíntesis de nanopartículas ................................................ 32 Tabla 10. Concentraciones de los tratamientos utilizados en la evaluación del efecto citotóxico sobre las líneas celulares cancerígenas ..................................................................................................... 33 Tabla 11. Efecto de los tratamientos en el proceso de biosíntesis de Cur-AuNPs. ......................... 41 Tabla 12. Asociación de las señales obtenidas por FTIR ................................................................. 47 Tabla 13. Concentraciones de los direferentes tratamientos ............................................................ 58 Tabla 14. Efecto de los tratamientos en la inhibición de la proliferación celular .............................. 60 Tabla 15. Efecto de curcina sobre diferentes líneas celulares ........................................................ 60 Tabla 16. Concentraciones utilizadas para la obtención de la curva estándar de BSA ................... 70 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605212 file:///D:/Documentos/PROYECTO%20CIBA/PROTOCOLO/Quinto%20semestre/Correcciones/TESIS%20ANA%20GÓMEZ%20B140074.docx%23_Toc466605213 I Abreviaturas comunes en el texto A absorbancia BCA ácido bicinconínico HAuCl4 ácido tetracloroaúrico ADN ácido desoxirribonucleico ARN ácido ribonucleido BSA albúmina sérica bovina MTT bromuro de 3-(4,5-dimetiltiazol-2-ilo)-2,5-difeniltetrazol cm centímetro eV electronvoltios °C grados Celsius g gramo h horas kDa KeV kiloDalton kiloelectronvoltios λ longitud de onda µL microlitro mg miligramos mL mililitro mM milimolar min minutos M Molar nm nanometros N OMS Normal Organización mundial de la salud pH potencial de hidrógeno rpm revoluciones por minuto RPS Resonancia de plasmón superficial s segundos I Nomenclatura de aminoácidos A B C D E F G H I K L M N P Q R S T V W Y Z Ala Asx Cys Asp Glu Phe Gly His Ile Lys Leu Met Asn Pro Gln Arg Ser Thr Val Trp Tyr Glx Alanina Asparagina o ácido aspártico Cisteína Ácido aspártico Ácido glutámico Fenilalanina Glicina Histidina Isoleucina Lisina Leucina Metionina Asparagina Prolina GlutaminaArginina Serina Treonina Valina Triptofano Tirosina Glutamina o ácido glutámico 1 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Jatropha curcas L. es un cultivo de importancia debido a sus diversas aplicaciones, como fuente alternativa para la obtención de biodiesel, en la elaboración de jabones y cosméticos, en la industria farmacéutica debido a que algunas partes de la planta se utilizan en medicina tradicional, por sus propiedades antimicrobianas, antipiréticas, y antitumorales; esto la convierte en una especie de interés biotecnológico (Heller, 1996; Makkar et al., 1998). Las semillas de Jatropha curcas L. contienen entre 22-28% de proteína (Devappa et al., 2010), destacando una proteína inactivadora de ribosomas de tipo 1 denominada curcina, que presenta actividad antifúngica, antiviral y antitumoral (Lin et al., 2010). Debido a estas características, diversas investigaciones han evaluado su actividad antitumoral en líneas celulares cancerígenas, destacando su efecto sobre cáncer de mama (MDA- MB-231, MDA-MB-45), cáncer colorectal (HT-29), cáncer de cérvix (HeLa) y gliomas cáncer de cerebro, describiendo morfológicamente la degeneración de organelos y la ruptura de la membrana durante la apoptosis (Jaramillo et al., 2012; Mohamed et al., 2014). Estos resultados son de relevancia debido a que actualmente el cáncer es un problema de salud pública, ya que es la principal causa de muerte a nivel mundial y está asociado a factores como edad, estilo de vida, género y factores comórbidos, tales como tabaquismo y predisposición genética. Existen diversos tratamientos, los cuales dependen del tipo, localización y etapa de desarrollo. En los últimos años la nanotecnología ha hecho aportaciones en el área biomédica, mediante el uso de estructuras nanométricas en la entrega de fármacos como parte de las terapias dirigidas (Logothetidis, 2012; Leyva, 2013). Principalmente las nanopartículas de oro han destacado como nanoportadores para la entrega de fármacos o de biomoléculas como proteínas, péptidos, ADN O ARN, debido a que estas nanopartículas no son tóxicas y son relativamente fácil de sintetizar (Kumar et al., 2012), por estas características las nanopartículas han sido sintetizadas mediante métodos químicos y funcionalizadas con material biológico para diversas aplicaciones con fines terapéuticos como el tratamiento de cáncer (Ghosh et al., 2 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 2008; Mohamed et al., 2014). Sin embargo, dado el alto potencial de aplicación de los nanomateriales, se debe considerar el diseño de nuevos procesos de síntesis que tengan el menor impacto hacia el medio ambiente, de tal manera que se llegue a un producto de manera eficiente y sin la formación o uso de sustancias tóxicas. Dentro de estas nuevas alternativas se encuentra la biosíntesis de nanopartículas, este método utiliza microorganismo o extractos de plantas para la reducción de los iones metálicos y por tanto la formación de nanopartículas, lo que provee un método fácil, en condiciones menos drásticas de temperatura y por lo tanto menor costo energético, y sin el uso de sustancias tóxicas (Salinas et al, 2012; Muniyappan & Nagarajan, 2014). Investigaciones recientes han utilizado extractos de Jatropha curcas para la síntesis química de nanopartículas de oro evaluando su efecto citotóxico en cáncer de cerebro, (Mohamed et al., 2014), también han utilizado extractos de Jatropha curcas y Jatropha gossypifolia en la biosíntesis de nanopartículas de plata evaluando su efecto citotóxico en líneas celulares de cáncer de pulmón (Nazeema & Sugannya, 2014), con base a lo mencionado anteriormente en este proyecto se propone la biosíntesis de nano partículas de oro con curcina y evaluar su actividad citotóxica en diversas líneas celulares neoplásicas. 3 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.1. CÁNCER: PROBLEMÁTICA Y GENERALIDADES El cáncer es actualmente un problema de salud a nivel mundial, la Organización Mundial de la Salud (OMS) en 2012 señaló que este padecimiento causó 8.2 millones de defunciones en el mundo. En México, de acuerdo con la Unión Internacional Contra el Cáncer (UICC), el cáncer es la tercera causa de muerte y estima que cada año se detectan 128 mil casos nuevos. En 2010 la Secretaría de Salud registró, 70,445 defunciones por cáncer, de las cuales el 50.9% fueron mujeres y 49.1% hombres. Debido a su gran incidencia el cáncer en México, representa un reto ya que su apropiado control implica mejorar programas de prevención y detección oportuna de cáncer (DOC); optimizar el diagnóstico e instituir un tratamiento específico, además de suministrar cuidados paliativos para mejorar la calidad de vida del paciente (INEGI, 2014). En la población mexicana el cáncer representa un problema de salud pública, a partir del año 2006 el cáncer de mama ha sido el de mayor incidencia en el sector femenino seguido por el cáncer cervicouterino ambos son la principal causa de muerte de feminas en un intervalo de edad de 30 a 54 años. Mientras quen en la población masculina el cáncer de prostata tiene mayor repercución en las defunciones seguidas del otras tipos de cáncer como el de tráquea, bronquios y pulmón (CIEDD, 2013; INEGI, 2014). El “cáncer” es un término genérico que designa a un amplio grupo de enfermedades que pueden afectar cualquier parte del organismo, se le atribuyen denominaciones como “tumores malignos o neoplasias malignas”. Se origina cuando células anormales en alguna parte del cuerpo comienzan a multiplicarse rápidamente y sin control, pueden invadir partes adyacentes del cuerpo o propagarse a otros órganos, a este proceso se le conoce como metástasis (CIEDD, 2013). A su vez el cáncer forma parte del grupo de enfermedades crónicas no transmisibles (ECNT), es decir 4 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES aquellas que no se transmiten de persona a persona son de larga duración y lenta evolución. El cuerpo está formado de muchos tipos de células, las cuales crecen y se dividen en una forma controlada para producir más células según sean necesarias para mantener el cuerpo sano. Cuando las células envejecen o se dañan, mueren y son reemplazadas por células nuevas. En el caso de las células cancerosas en lugar de morir, continúan creciendo y forman nuevas células anormales. Las células cancerígenas pueden también invadir o propagarse a otros tejidos, algo que las células normales no pueden hacer. Las células se transforman en células cancerosas debido a una alteración en el ADN. En una célula normal, cuando se altera el ADN, la célula repara la alteración o muere. Por el contrario, en las células cancerosas el ADN alterado no se repara, y la célula no muere como debería. En lugar de esto, esta célula persiste en producir más células que el cuerpo no necesita (American Cancer Society, 2014). El tratamiento del cáncer requiere una cuidadosa selección de una o más modalidades terapéuticas, como la cirugía, la radioterapia o la quimioterapia. El objetivo consiste en curar la enfermedad o prolongar considerablemente la supervivencia y mejorar la calidad de vida del paciente. Existen diversos tratamientos (Tabla 1), donde los factores más importantes que se deben tomar en cuenta son el tipo de cáncer y su localización (American Cancer Society, 2014). 5 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Tabla 1. Tratamientos utilizados contra cáncer (American Cancer Society, 2014). Tratamientos Descripción Nombre comercial Quimioterapia Uso de fármacos para destruir las células cancerosas Carboplatino más paclitaxel (Taxol®), con o sin etopósido (VP-16) Carboplatino más docetaxel (Taxotere®) Cisplatino más gemcitabina (Gemzar®). Gemcitabina más docetaxel Oxaliplatino más 5-fluorouracilo y leucovorín (ácido folínico) Oxaliplatino más capecitabina(Xeloda). Doxorrubicina (Adriamycin®) y estreptozocina Temozolomida más capecitabina. Radioterapia Utiliza partículas o rayos de alta energía para destruir las células cancerosas o para disminuir su crecimiento. Radioterapia con haces externos Radioterapia interna (braquiterapia) Cirugía El tipo de cirugía dependerá del lugar donde está el cáncer y cuán extenso sea. Terapia hormonal Reducen los niveles hormonales (estrógeno y testosterona) o evitan que las células cancerosas puedan usarlas Leuprolida (Lupron®) Goserelin (Zoladex®) Flutamida (Eulexin®) Bicalutamida (Casodex®). Terapia génica Propone reemplazar o alterar la expresión de algunos genes que promueven el proceso tumoral. GM-CSF como adyuvante en la terapia génica contra cáncer cervical Terapias dirigidas Usa medicamentos u otras sustancias para identificar y atacar las células cancerosas causando poco daño a las células normales. Cetuximab (Erbitux®) bloquea el EGFR Trastuzumab (Herceptin®) Pertuzumab (Perjeta®) Lapatinib (Tykerb®) Everolimus (Affinitor®). Otros medicamentos Bifosfonatos: utilizado en el cáncer metastásico. Pamidronato (Aredia®) Ácido zoledrónico (Zometa®). Denosumab (Prolia®, Xgeva®) Octreótidaútil se utiliza en algunos pacientes con tumores neuroendocrinos. Octreótida (Sandostatin®) Lanreotida (Somatuline®) 6 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.2. CARACTERÍSTICAS DE LAS CELULAS NEOPLASICAS El comportamiento de las células cancerosas es más fácil de estudiar cuando éstas crecen en cultivos, es decir de manera in vitro. La característica más importante de una célula neoplásica es la evasión de las señales que cesan el crecimiento y la división celular, y por ende a la muerte celular programada. La señalización celular es un fenómeno en el que se transmite información a través de la membrana plasmática hacia el interior celular y muchas veces al núcleo. Estas señales incluyen el reconocimiento del estímulo en la superficie externa y la transferencia de la señal por la membrana plasmática (figura 1), así como la transmisión de la señal al interior celular, iniciando una respuesta que puede incluir un cambio en la expresión genética, una alteración en la actividad de enzimas metabólicas, un cambio de la permeabilidad iónica, la activación de la síntesis de ADN, activación de oncogenes, liberación de factores angiogénicos o la muerte celular, por mencionar algunos. (Karp, 2010; Murray & Gross, 2009). Figura 1. Algunos cambios bioquímicos y genéticos que ocurren en células cancerosas del ser humano. Se observan algunos cambios bioquímicos en células cancerosas; aquí sólo se muestran algunos de ellos (Murray & Gross, 2009). 7 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES De manera general la habilidad de evadir señales antiproliferativas es uno de los signos característicos de las células cancerígenas, que tiene como consecuencia una clona celular con capacidad de dividirse de forma incontrolada. El factor clave en este proceso es la proteína del retinoblastoma (pRb), que cuando está hipofosforilada bloquea la proliferación mediante el secuestro y alteración funcional de los factores de transcripción E2F, responsables del control de la expresión de los genes esenciales para la progresión de la fase G1 a la fase S en el ciclo celular (Vicencio et al., 2008). 2.3. MUERTE CELULAR La muerte celular puede ocurre principalmente dos vías: apoptosis y necrosis (tabla 2) (Kerr et al., 1972; Zhivotovsky y Orrenius, 2001). Se ha postulado y comprobado que la necrosis celular es un proceso desordenado e independiente de energía, presenta cambios irreversibles en el núcleo celular (cariólisis) y pérdida de la estructura citoplasmática, además hay una clara disfunción en la mitocondria y aumento en el volumen celular, desencadenando citólisis (Zhivotovsky y Orrenius, 2001), liberando todo el material citoplasmático hacia el exterior de la célula, ocasionando procesos inflamatorios y necróticos en los tejidos afectados, por otra parte la muerte por apoptosis es un proceso limpio y ordenado, caracterizado por el encogimiento general del volumen de la célula y su núcleo, pérdida de adhesión a las células contiguas, vesículas en la superficie celular, disección de la cromatina en pequeños fragmentos y cuerpos apoptóticos eliminados por fagocitosis (Martínez, 2009; Karp, 2010). 8 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Tabla 2. Comparación de características citomorfológicas de los procesos de muerte celular: apoptosis y necrosis. Adaptada de Elmore (2007) y tomada de Martinez (2009). Característica Apoptosis Necrosis Número de células Células individuales o pequeños grupos de células Generalmente grandes cantidades Volumen celular Encogimiento celular Hinchamiento celular, citólisis Efecto en integridad de membrana plasmática Membrana celular intacta Membrana celular comprometida Efecto en citoplasma Retenido en cuerpos apoptóticos Liberado al espacio extracelular Efecto en núcleo Condensación de cromatina (Picnosis) Fragmentación del núcleo y cromatina Procesos de inflamación tisular No hay presencia de inflamación Inflamación usualmente presente La apoptosis puede iniciarse por estímulos internos, como anormalidades en el ADN, y externos, como determinadas citocinas (proteínas secretadas por células del sistema inmunitario), sin embargo, cabe mencionar que existe comunicación cruzada entre estas vías y que señales apoptóticas extracelulares pueden causar la activación de la vía intrínseca (Karp, 2010). La vía extrínseca, se inicia por la interacción de los receptores transmembranales con sus respectivos ligandos lo que desencadena la activación de las caspasas (figura 2). Algunos de estos receptores son el Fas, el receptor-1 del factor de necrosis tumoral (TNF-R1) y el DR3. La fijación del Fas ligando a su receptor (Fas) provoca el reclutamiento citoplasmático del adaptador FADD (del inglés Fas-associated death domain protein), al cual fija la procaspasa 8. La asociación Fas/FADD y procaspasa 8 forma un complejo denominado complejo de señalización de muerte (DISC, por sus iniciales en inglés Death Inducing Signalling Complex). La procaspasa 8 es activada en el DISC por una proteólisis y actúa sobre las procaspasas 3, 6 y 7 que coordinan, entonces, la muerte celular (Sánchez & Arboleda, 2008). 9 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Mientras que en la vía intrínseca se generan una serie de estímulos intracelulares, específicamente en la mitocondria, que causan cambios estructurales en la membrana mitocondrial, principalmente por la apertura de poros de transición y alteración en el potencial transmembranal, lo que conlleva una liberación hacia el citosol de sustancias pro-apoptóticas que en estado normal permanecen dentro del espacio intermembranal. La regulación de esta vía se da por los miembros pro- apoptóticos y anti-apoptóticos de la familia de proteínas Bcl-2 (quienes a su vez son controladas por la proteína supresora de tumores p53), los cuales inducen o reprimen la liberación de estos factores al citoplasma. Principalmente los factores inductores de apoptosis como el Citocromo c, factores de fragmentación del núcleo y proteínas como Smac/Diablo (en inglés: Second mitochondrial activator of caspases / Direct IAP Binding protein with low PI) que neutralizan los inhibidores endógenos de la apoptosis (AIF, por sus iniciales en inglés Apoptosis Inducing Factor) y la serín-proteasa HtrA2/Omi (en inglés: High-temperature requirement). Los mecanismos por los cuales estas proteínas son liberadas dependen presumiblemente del tipo celular y la naturaleza del estímulo (Sánchez & Arboleda, 2008; Martínez, 2009). Figura 2. Representación esquemática de las vías de señalización celular de activación de apoptosis en unacélula (Martínez, 2009). 10 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.4. CULTIVO DE Jatropha curcas L. El nombre del género Jatropha deriva del griego “jatŕos” que significa doctor y “trophe” que significa alimento, pertenece a la familia de las Euphorbiaceae, que comprende aproximadamente a 175 especies. Se considera nativa de América central, aunque fue difundida por Asia y África por comerciantes portugueses para utilizarla como cercado (Divakara et al., 2010; Dehgan & Webster, 1979). Es una planta caducifolia, que mide entre 3-8 metros de altura, posee una copa ancha e irregular, el tallo crece con discontinuidad morfológica. Puede tener hasta dos épocas de floración y fructificación por ciclo anual. Esta especie es capaz de sobrevivir en suelos pobres en nutrientes y se adapta a zonas semiáridas, lo que la convierte en una especie de interés para el control de la erosión. Puede vivir unos 30 años durante los cuales produce frutos, es decir cápsulas de 4-5 cm de longitud y 3-4 cm de ancho; que en su interior contiene de tres a cuatro semillas (figura 3), las cuales presentan un alto contenido de aceite (56-60%) y proteínas (23-28%) principalmente (Heller, 1996; Becker 2008; Devappa et al., 2010). Las semillas de J. curcas identificadas como no tóxicas pueden tener un uso potencial como fuente de proteína y aceite para consumo humano (Makkar et al., 1998), dentro de las proteínas que contiene esta semilla tenemos a la curcina, una proteína de reserva que se encuentra en el endospermo de la semilla, constituye el 20% del total de las proteínas almacenadas en el grano (Srivastava et al., 2012). a) b) c) Figura 3. Arbusto (a), frutos (b) y semillas (c) de Jatropha curcas (Heller, 1996) 11 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.5. PROTEÍNAS Y SU CLASIFICACIÓN Las proteínas juegan un papel central en los sistemas biológicos, debido a que cumplen diversas funciones (estructura, transporte, motilidad, defensa, reconocimiento, almacenamiento, actividad catalítica). Desde el punto de vista estructural, se definen como cadenas polipeptídicas constituidas por aminoácidos, unidos entre sí por enlaces peptídicos. La estructura de las proteínas se ha dividido en cuatro niveles estructurales (primario, secundario, terciario y cuaternario). La conformación asumida por las proteínas nativas comprende diferentes estructuras dentro de su molécula que definen sus propiedades inmunológicas, enzimáticas u hormonales (Badui, 2006). Las proteínas pueden clasificarse con base a su composición, solubilidad y función biológica o estructura tridimensional. Las proteínas en las semillas están constituidas principalmente por tres grupos. Proteínas estructurales (forman parte estructural de la célula), proteínas con actividad biológica (generalmente son enzimas), y proteínas de reserva o almacenamiento. A su vez las proteínas de reserva o almacenamiento se pueden clasificar en función de su solubilidad en cuatro grupos: en albúminas (solubles en agua), globulinas (solubles en soluciones salinas), glutelinas (solubles en soluciones ácidas y alcalinas) y prolaminas (solubles en etanol al 70%) (Osborne, 1924; Duranti, 2006) 2.6. PURIFICACIÓN DE PROTEÍNAS Las técnicas cromatográficas son las más utilizadas para la separación y purificación de moléculas con actividad biológica como proteínas. En general la cromatografía se basa en la absorción y/o adsorción de moléculas en matrices. La adsorción depende de las propiedades particulares de la proteína, lo que hace que la adsorción sea selectiva. Son técnicas que dan buen aumento en la actividad específica y pureza, con buenos rendimientos, debido a su gran resolución y rapidez (García & Navarrete, 1999; Mayolo-Deloisa et al., 2012). 12 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Filtración en gel o de exclusión por tamaño: separa en función al tamaño de las moléculas, reteniendo las partículas pequeñas. El método se basa en que las proteínas de mayor tamaño pasan con mayor rapidez por la fase estacionaria, mientras que las moléculas de menor tamaño son retenidas a través de dichos poros (Mayolo-Deloisa et al., 2012). La cromatografía de intercambio iónico separa las moléculas con base a su carga iónica neta. La separación se lleva a cabo por la competencia entre proteínas con diferente carga superficial por grupos cargados opuestamente sobre un adsorbente o una matriz de intercambio iónico. Las proteínas dependiendo del pH de la solución, tienen carga eléctrica. La carga neta de la proteína, a un determinado pH depende de su punto isoeléctrico. A diferencia de la cromatografía en gel, la cromatografía de intercambio iónico concentra la fracción de interés (García & Navarrete, 1999; Mayolo-Deloisa et al., 2012). Cromatografía de interacción hidrofóbica, se basa en la fuerza de interacción entre zonas hidrófobas de la proteína y un ligando o grupo inmovilizado hidrofóbico. La técnica consiste en retener la proteína en una matriz con ligando hidrofóbico como butilo-matriz, en un ambiente de alta concentración salina (fuerza iónica) y la elución de la proteína después de lavar las proteínas no adsorbidas disminuyendo la fuerza iónica del amortiguador de elución (García & Navarrete, 1999). Cromatografía de afinidad, está técnica se basa en la interacción de proteínas con ligandos unidos a una matriz de forma muy específica, por ejemplo: antígeno-anticuerpo, enzima-sustrato, inhibidor-enzima, metal- proteína, etc. Consiste en unir, de preferencia covalentemente, el ligando a una matriz inerte, ligando para el cual la proteína tiene cierta afinidad, lavar la columna o el gel en lote y después provocar la disociación de la proteína de interés por un cambio en las condiciones, lo que causa un cambio reversible en la proteína y reducción en la afinidad. Por ser una técnica costosa, no se recomienda como primer paso de purificación o único (García & Navarrete, 1999). 13 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.7. CURCINA Felke en 1914 fue el primero en aislar una toxoalbúmina de las semillas de J. curcas y la designó como curcina. La curcina es una proteína inactivadora de ribosomas tipo 1, es de interés debido a su actividad antiviral, antifúngica y antitumoral debida a su actividad ARN N-glucosidasa, presenta un peso molecular aproximado de 28.2 kDa, punto isoeléctrico de 8.54, y está compuesta por 251 aminoácidos. En cuanto a su estructura, Srivastava et al., (2012) realizó un modelo 3D concluyendo que los aminoácidos Tyr118, Thr156 y Asp133 forman un puente de hidrógeno con la adenina del ARNr 28S, de los cuales solo el residuo Tyr118 se encuentra en contacto directo con la adenina. La citotoxicidad de la curcina se debe a su capacidad de inhibir la síntesis de proteínas de células eucariotas intactas, dañando catalíticamente los ribosomas por su actividad ARN N-glucosidasa, que se adhiere al enlace N-glucosidico de la adenina, haciendo al ribosoma incapaz de ligarse a los factores de elongación I o II (Lin et al., 2010; Srivastava et al., 2012). Se ha demostrado su actividad citotóxica sobre las líneas tumorales de cáncer de mama MDA-MB-231 y MCF-7, glioma de cáncer de cerebro (Jaramillo et al., 2012; Mohamed et al., 2014). Investigaciones recientes han demostrado que la curcina no solo puede inhibir la proliferación de células tumorales, sino que también promueve la apoptosis celular (Srivastava et al., 2012; Zheng et al., 2013), como se concluyó en la investigación realizada por Mohamed et al., (2014) en la cual evaluaron el efecto de curcina en líneas celulares sanas y cancerígenas, siendo estas últimas más susceptibles presentando disfunción mitocondrial, degeneración de orgánelos, supresión de los mecanismos de defensa, disminución de la expresión del factor nuclear κB (NF-κB ), y finalmente la muerte por apoptosis. 14CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.8. PROTEÍNAS INACTIVADORAS DE RIBOSOMAS Las proteínas inactivadoras de ribosomas o RIPs (Ribosome Inactivating Proteins) inhiben la síntesis de proteínas por su acción sobre los ribosomas de manera irreversible. Presentan actividad ARNr N-glucosidasa, es decir que cuando entran a una célula pueden escindir enlaces glucosidicos específicos de un residuo de adenina (posición 4324 sobre el bucle conservado GAGA de hígado de ratón 28S ARNr), de esta manera inhiben la síntesis de proteínas por interferencia con los enlaces entre el 28S ARN y los factores de elongación (figura 4). Las RIPs de plantas han sido clasificadas en tres tipos (figura 5): Tipo 1 están formadas por una sola cadena polipeptídica que es la que presenta la actividad inhibidora de síntesis de proteínas. Con un peso molecular de 26-32 kDa aproximadamente. Tipo 2 están formadas por dos cadenas polipeptídicas heterólogas, una cadena inhibidora de síntesis de proteínas equivalente a las RIPs de tipo 1 (cadena A), que se une a la cadena B mediante un puente disulfuro. Con un peso molecular de 60-65 kDa aproximadamente. Figura 4. Mecanismo de acción de las RIPs (Proteínas Inactivadoras de los Ribosomas). Todas las RIPs escinden una adenina (A4324) en el ARNr de la subunidad mayor de los ribosomas, imposibilitando la unión del factor de elongación II. (Stirpe et al., 2004) 15 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Tipo 3 son sintetizadas como precursores inactivos (ProRIPs) que requieren de una serie de procesos proteolíticos para su forma activa (RIP) y no son utilizadas para propósitos terapéuticos (De Virgilio et al., 2010, Stirpe et al., 2004). Figura 5. Representación esquemática de la estructura de las proteínas inactivadoras de ribosomas. (Domashevskiy & Goss, 2015) 16 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.9. NANOTECNOLOGÍA Y SUS APLICACIONES La nanotecnología en el área biomédica presenta oportunidades revolucionarias en la lucha contra diversas enfermedades. Un área con potencial en la detección de moléculas asociadas con enfermedades como cáncer, diabetes mellitus, y enfermedades neurodegenerativas, así como la detección de microorganismos y virus asociados con infecciones. Por ejemplo en terapias de cáncer, las nanopartículas prometen una novedosa respuesta a estímulos externos de manera que las convierten en terapias convenientes o en sistemas terapéuticos de entrega (Logothetidis, 2012) Para propósitos farmacéuticos las nanopartículas (NPs) se definen en el Handbook of Pharmaceutical Technology como las partículas coloidales sólidas en un rango de tamaño de 1 a 100 nm. Los distintos materiales empleados como matrices de transporte y liberación ofrecen un perfil farmacocinético controlado, una posible administración dirigida hacia el órgano blanco (Leyva, 2013). Durante la pasada década, diversos vehículos de entrega han sido diseñados basandose en diferentes nanomateriales como polímeros, dendrimeros, liposomas y nanotubos. Recientemente las nanopartículas de oro han surgido como una atractiva alternativa para la entrega de medicamentos en blancos específicos. Su funcionalización puede ser mediante moléculas pequeñas, polímeros, anticuerpos o biomoléculas como proteínas, ADN o ARN (figura 6). La liberación eficiente de estos agentes terapéuticos es un prerrequisito para una terapia efectiva. Las nanopartículas de oro presentan propiedades físicas y químicas únicas que las hacen explotables para el transporte y liberación de fármacos. La primera de estas se basa en que el núcleo de oro es esencialmente inerte y no tóxico, la segunda se debe a que son fáciles de sintetizar (con tamaños de 1 a 150 nm), y por ultimo sus características fisicoquímicas podrían activar la liberación de fármacos en lugares remotos (Ghosh et al., 2008; Kumar et al., 2012). 17 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.10. SÍNTESIS DE NANOPARTÍCULAS Las nanoparticulas metálicas se pueden sintetizar por métodos físicos y químicos. Los métodos físicos (top-down) consisten en la subdivisión de los metales sólidos (bulk) para la obtención de las nanopartículas, por ejemplo, tales como evaporación metálica, electrólisis, pulverización catódica, entre otros, sin embargo, la desventaja de estos métodos se denota en la distribución del tamaño de partícula, estructura e imperfecciones en la superficie. Los métodos químicos (bottom-up) consisten en la fabricación de nanopartículas a través de la condensación de átomos o entidades moleculares en una fase gaseosa o en solución (tabla 3). Estos métodos parten de la reducción de iones metálicos a sus correspondientes átomos y son útiles para obtener nanopartículas uniformes. Diferentes agentes reductores han sido empleados para reducir los iones metálicos generando dispersiones coloidales, dentro de los cuales se encuentran formaldehídos, alcoholes, monóxido de carbono, hidracina entre otros. Por otra parte, los métodos antes mencionados para la síntesis de nanopartículas involucran altos requerimientos de energía, aunado a la baja conversión de materia, y al uso de productos químicos peligrosos o tóxicos, por estas razones se han buscado nuevos métodos de síntesis más simples y viables Figura 6. Aplicaciones terapéuticas en cáncer de nanopartículas de oro. (Ghosh et al., 2008) 18 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES para la obtención de nanomateriales, tal es el caso de la biosíntesis, que emplea diversos microorganismos como bacterias y hongos, o bien extractos de plantas. La biosíntesis ofrece múltiples ventajas, como productos no tóxicos y amigables con el medio ambiente y menor costo. Debido a la necesidad de diseñar métodos más convenientes para aplicaciones farmacéuticas o biomédicas la biosíntesis es una alternativa frente a los métodos químicos (Ghosh et al., 2008; Duncan et al., 2010; Martín-Gago et al., 2011; Friederici-Muñoz, 2013, Leyva, 2013; Muniyappan & Nagarajan, 2014). Tabla 3. Métodos químicos para la síntesis de nanopartículas Nanopartícula Método de síntesis Agente reductor Referencia 1-2 nm Reducción de AuCl(PPh3) con diborano Fosfina (Schmid, 1992) 1.5 – 5 nm Reducción bifásica del agente reductor tiol Alcanotiol (Brust et al., 1994) 3.5 – 10 nm Inducción de tamaño por calor Alcanotiol (Teranishi, et al., 1995) 10 -150 nm Reducción de HAuCl4 o AgNO3 con citrato de sodio en agua Citrato (Turkevich et al.,1951) 2.11. BIOSINTESIS DE NANOPARTÍCULAS DE ORO La síntesis biológica de nanopartículas metálicas particularmente de oro, usando plantas o microorganismos (extractos, tejido o compuestos específicos) ha recibido mayor atención como una alternativa conveniente ante los métodos químicos y físicos, debido a la simplicidad, costo y velocidad del proceso de síntesis, lo anterior destaca su potencial a futuro en la producción a gran escala de nanoestructuras metálicas con diversas morfologías y tamaños, dependiendo el objetivo de su aplicación. 19 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES Se sabe que en los extractos biológicos (plantas o microorganismos) se encuentran diversos compuestos que fungen como agentes reductores y/o estabilizantes, por lo que juegan un rol importante en la síntesis de nanopartículas. En principio el mecanismo de biosíntesis se lleva a cabo por reducción química de los precursores metálicos a átomos por medio de los agentes reductores presentes, continuando con un proceso de nucleación y subsecuentemente el crecimiento de la nanopartícula (figura 7) (Iravani, 2011; Punjabi et al., 2015). Figura 7. Diagrama del proceso de biosíntesis (Akhtar et al., 2013) 20 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.12. TECNICAS ESPECTROSCÓPICAS PARA IDENTIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS Las técnicasespectroscópicas son herramientas para la identificación de compuestos, al proporcionar espectros que pueden interpretarse para obtener mayor información sobre la interacción de átomos y grupos funcionales (Shriner, 2013). 2.12.1. ESPECTROFOTOMETRÍA UV-VISIBLE Los espectros de absorción óptica proporcionan información sobre la densidad electrónica, tamaño y estructura. Así, para estas nanopartículas metálicas, la espectroscopia UV-Vis es una herramienta para su caracterización, ya que dependiendo del material y estructura será su absorción (figura 8). La espectroscopia UV-Vis, es capaz de revelar los diferentes mecanismos de formación de las nanopartículas monometálicas y bimetálicas a partir de las observaciones de los cambios en los espectros UV-Vis durante el proceso de reducción, además de determinar si el proceso de síntesis ha concluido (Izaguirre- López, 2010; Friederici-Muñoz, 2013; Talbott, 2014). Figura 8. Localización en la región visible de nanopartículas de oro (Au) y plata (Ag), dependiendo de su morfología (Izaguirre-López, 2010) 21 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.12.2. ESPECTROSCOPÍA INFRARROJA POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FT-IR) La espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) proporciona información adicional sobre la estructura de un compuesto, ya que permite identificar grupos funcionales. Los compuestos orgánicos absorben un haz de radiación electromagnética con longitudes de onda menores que las de la luz visible, cuando dicho haz posee una energía igual a la del enlace orgánico en vibración, la transformación de Fourier se usa como método matemático para el desarrollo en serie la curva obtenida (interferograma) y está constituida por el sumatorio de senos y cosenos de las distintas frecuencias ópticas que componen la radiación (Shriner, 2013). La espectroscopía FTIR es una herramienta importante para el estudio de las monocapas sobre la superficie de las nanopartículas (figura 9). La frecuencia y el ensanchamiento de las bandas en las regiones vibracionales de tensión de los enlaces C-H y C-C son indicativos del orden en la estructura tridimensional de las monocapas autoensambladas de un ligando. Los espectros de FTIR proporcionan información sobre las características estructurales y los enlaces en la formación de complejos conjugados (Friederici-Muñoz, 2013; Talbott, 2014). Figura 9. Equipo FTIR VERTEX 70 22 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.12.3. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA La microscopia electrónica es una herramienta que permite visualizar estructuras nanométricas. Es de gran utilidad en medición del tamaño, distribución y forma de las nanopartículas. La microscopia electrónica ocupa electrones como fuente de iluminación: dado que estos presenta dualidad onda partícula, es posible ajustar la longitud de onda de los electrones en función de la energía cinética que estos adquieran al ser acelerados por una diferencia de potencial. 2.12.4. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (MEB) Las imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM por sus siglas en inglés) brindan información sobre la topografía y la composición de la superficie de la muestra. El microscopio electrónico de barrido utiliza una técnica que consiste en un haz de electrones que focaliza, mediante un sistema de lentes electromagnéticos, y “barre” un área determinada sobre la superficie de la muestra que se desea estudiar. Este bombardeo de electrones da como resultado la emisión de electrones y fotones de la muestra que captadas con detectores adecuados se obtiene información sobre la naturaleza de la muestra (figura 10). En la microscopia electrónica de barrido se detecta, por una parte, los electrones secundarios, electrones que emergen de la superficie de la muestra con una energía inferior a 50 eV, que proporcionan una imagen de alta resolución de la morfología superficial de la muestra (SEI, Secondary Electron Image). Por otra parte, los electrones retrodispersados, electrones con mayor energía que 50 eV, que dan una imagen cualitativa de las zonas con distinto número atómico (BEI, Backscattered Electron Image). Por ultimo con la detección de los fotones de Rayos-X proporciona espectros e imágenes acerca de la composición de elementos químicos de la muestra (EDX, Energy Dispersive X-Ray spectroscopy). Esquema del SEM con dos detectores, uno el de electrones secundarios y el otro de Rayos-X (Martín-Gago et al., 2011). 23 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.12.5. MICROSCOPÍA ELECTRÓNICA DE TRANSMISIÓN (MET) En la miscroscopía electrónica de transmisión (TEM sus siglas en inglés), un haz de electrones de alta energía incide sobre la superficie de un material. El haz de electrones interactúa con el material, proporcionando una variedad de señales dependiendo del detector. La información a partir de los electrones transmitidos es en forma de imágenes. En TEM, los electrones son acelerados hasta energías de100 KeV o mayores (por encima de 1MeV) y proyectados sobre una muestra delgada (menos de 200 nm) mediante un sistema de lentes condensadores. Una parte de los electrones son dispersados o absorbidos por la muestra (figura 10). La gran ventaja que ofrece TEM reside en su elevado rango de magnificación que va desde 50 hasta más de 106 aumentos y su capacidad para suministrar tanto imágenes como información de difracción. La información de los electrones dispersados en una imagen TEM se origina por una muestra tridimensional, pero es proyectada en un detector en dos dimensiones (Viudez, 2011). Figura 10. Esquema general del efecto del haz de electrones sobre la muestra. 24 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.13. JUSTIFICACIÓN Debido a la incidencia de cáncer en la población a nivel mundial, es una prioridad el desarrollo de tratamientos efectivos, capaces de destruir las células cancerosas sin dañar los tejidos sanos. En los últimos años las terapias dirigidas han surgido como alternativa, ya que actúan sobre blancos específicos, es decir sobre las células cancerígenas mediante el uso de fármacos, proteínas, genes, anticuerpos, que inducen la apoptosis celular. Estudios recientes han demostrado que la curcina presenta actividad citotóxica sobre algunas líneas celulares cancerígenas, ya que no solo puede inhibir la proliferación de células tumorales, sino que también promueve la apoptosis celular, debido a su actividad RNA N-glucosidasa, lo que sugiere su posible uso como un agente terapéutico. Por otra parte las nanopartículas metálicas exhiben propiedades diferentes una vez aplicadas a los sistemas biológicos, ya que su tamaño nanométrico les confiere la habilidad para penetrar distintas membranas biológicas. Es por esto que la funcionalización de nanopartículas metálicas unidas a agentes terapéuticos antitumorales ofrece una alternativa para el tratamiento contra cáncer. Debido a todo lo anterior en el presente trabajo se propone la biosíntesis de nanopartículas de oro con curcina, bajo la perspectiva de una futura aplicación como terapia dirigida. 25 CAPÍTULO 2. ANTECEDENTES 2.14. HIPÓTESIS Se ha demostrado el efecto citotóxico de curcina en diferentes líneas celulares cancerígenas, por lo que esta proteína ha cobrado importancia por su posible uso como agente terapéutico. Por lo anterior se espera que las nanopartículas de oro biosintetizadas con curcina incrementen el efecto citotóxico debido a la funcionalización, área superficial y tamaño. 2.15. OBJETIVOS 2.15.1. OBJETIVO GENERAL Evaluar la actividad citotóxica de nanopartículas de oro biosintetizadas con curcina, en líneas celulares de cáncer de mama, cervicuouterino y próstata. 2.15.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Determinar y caracterizar curcina a partir de residuos de harina desgrasada de semillasde Jatropha curcas L. Biosintetizar nanopartículas de oro con curcina, variando parámetros de temperatura, concentración de curcina, HAuCl4 y agente estabilizador. Caracterizar y analizar las nanopartículas biosintetizadas con curcina por técnicas de espectroscopía UV-Vis e Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR) y microscopía electrónica de Transmisión (MET). Evaluar la actividad citotóxica de las nanopartículas biosintetizadas sobre las líneas celulares MDA-MB-231, HeLa y PC-3 26 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA 3.1. ESTRATEGÍA GENERAL DE TRABAJO Obtención de harina de las semillas de J. curcas Desgrasado de la harina de semillas de J. curcas Extracción de proteínas por lixiviación Separación y purificación de curcina mediante cromatografía de intercambio iónico Identificación de curcina mediante electroforesis SDS-PAGE y cuantificación por el método BCA Determinación de la actividad enzimática ARN N-glucosidasa de curcina Biosíntesis de nanopartículas de oro con curcina como agente reductor y HAuCl4 como precursor metálico (Cur-AuNPs) Caracterización de nanopartículas de oro por espectroscopía UV-Visible, FTIR y microscpía electrónica de transmisión (MET) Evaluación del efecto citotóxico de las nanopartículas Cur-AuNPs y Citrato- AuNPs en las líneas celulares MDA-MB- 231, HeLa y PC-3 Síntesis de nanopartículas de oro con citrato de sodio como agente reductor y HAuCl4 como precursor metálico (Citrato-AuNPs) Figura 11. Diagrama de la estrategia general de trabajo para la evaluación del efecto citotóxico de nanopartículas de oro biosintetizadas con curcina 27 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA 3.2. DESGRASADO DE LA HARINA DE SEMILLAS DE J. curcas Se desgrasó harina de semillas de J. curcas con hexano en una proporción 1:7 (p/v), durante 24 h en agitación continua a 4ºC. Se eliminó el solvente por decantación, filtración y centrifugación (11000 rpm, 4ºC, 30 min), y se dejó secar en una campana de extracción durante dos días. Después se guardó la harina en recipientes de plástico y en obscuridad (Stirpe et al., 1976). 3.3. EXTRACCIÓN Y PURIFICACIÓN DE CURCINA La harina de semilla de J. curcas L desgrasada se mezcló con una solución amortiguadora Tris-HCl 50 mM, pH 7.5 con NaCl 0.15 M, en una proporción 1:3 p/v. La mezcla se agitó durante 24 h a 4ºC. Posteriormente se centrifugó durante 30 minutos a 11,000 rpm y 4ºC, el sobrenadante se dializó contra una solución amortiguadora de acetato de sodio 0.1 M y pH de 4.5, 24 h con cambios cada 6 h, en refrigeración y en continua agitación. El dializado se centrifugó durante 30 min a 4ºC y 11,000 rpm, el sobrenadante (extracto T/A) se colectó y almacenó en refrigeración (Kittikajhon et al., 2009). La separación y purificación de curcina del extracto T/A se realizó mediante cromatografía de intercambio iónico, en una columna empacada con SP-Sepharosa®, el extracto T/A fue eluído en un buffer de fosfatos 5 mM pH 7 NaCl 1M. Se colectaron fracciones de 2 mL y se midió su absorbancia a 280 nm (Lin et al., 2010). 3.4. CUANTIFICACIÓN DE PROTEÍNAS POR EL MÉTODO DEL ÁCIDO BICINCONÍNICO (BCA) Se realizó la cuantificación de proteínas totales a las fracciones obtenidas de la cromatografía de intercambio iónico, así como al extracto T/A, mediante el método colorimétrico BCA (Bollag & Edestein, 1991). Se realizó una curva de calibración (tabla 4), empleando como control albúmina de suero bovino (BSA) en agua destilada al 1% (1mg/mL), se realizaron ocho diluciones con concentraciones 28 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA conocidas de BSA de las cuales se tomaron 100 µL y se le adicionaron 2 mL de la solución de BCA (sulfato de cobre y ácido bicinconínico 50:1), después se incubaron 15 min a 60 °C. Finalmente las absorbancias se determinaran a 562 nm. Se realizó la misma formulación con las muestras (100 µL de muestra más 2 mL de BCA). Tabla 4. Concentraciones para la construcción de la curva estándar de BCA H2O (µL) BSA (1mg/mL) Concentración final (mg/mL) Blanco 1000 - 0 Dilución 1 950 50 0.05 Dilución 2 900 100 0.1 Dilución 3 850 150 0.15 Dilución 4 800 200 0.2 Dilución 5 600 400 0.4 Dilución 6 400 600 0.6 Dilución 7 200 800 0.08 Dilución 8 - 1000 1 3.5. ELECTROFORESIS (SDS-PAGE) Se realizaron geles de poliacrilamida en presencia de dodecil sulfato de sodio (SDS- PAGE) para el análisis electroforético del extracto T/A, y del proceso de separación y purificación de la curcina, de acuerdo al método de Laemmli (1970). La composición de los geles se muestran en las tablas (5 y 6); con una T de 30% y una C de 2.67%. Cada muestra se dilluyó (1:2) en buffer de muestra (tabla 7) y se cargaron 10 mg/mL de la muestra por carril. Para estimar el peso de las proteínas se utilizó el marcador Precision Plus Protein Unstained Standards (BIO-RAD No. Cat. #1610363). 29 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA Tabla 5. Solución estándar para la preparación de geles de electroforesis SDS-PAGE Solución Tris (M) Glicina (g) pH SDS (%) 0.5 M Tris-HCl 0.5 - 6.8 - 1.5 M Tris-HCl 1.5 - 8.8 - Buffer de corrida 0.125 72 8.3 0.5 SDS - - - 10 Mezcla de acrilamida-bisacrilamida % acrilamida (p/v) % bisacrilamida 30% Ta. 2.67% Cb 29.2 0.8 a % concentración de acrilamida y bisacrilamida b % concentración de entrecruzamiento de acrilamida-bisacrilamida * Ajuste de pH con HCl concentrado Tabla 6. Composición de los geles de electroforesis SDS-PAGE Solución o reactivo Gel concentrado (4%) Gel de separación (12%) Agua desionizada 6.1 mL 3.4 mL 0.5 M Tris-HCl, pH 6.8 2.5 - 1.5 M Tris-HCL, pH 8.8 - 2.5 mL SDS 10% 100 µL 100 µL Solución de acrilamida-bisacrilamida (30 T, 2.67% C) 1.3 mL 4 mL Persulfato de amonio (10% p/v) 50 µL 50 µL TEMED 10 µL 5 µL Tabla 7. Composición de buffer muestra para electroforesis SDS-PAGE Solución o reactivo Volumen (mL) Agua desionizada 3.55 0.5 M Tris-HCl, pH 6.8 1.25 Glicerol 2.5 SDS (10% p/v) 2 Azul de bromofenol (0.5% p/v) 0.2 Β-mercaptoetanol 0.5 30 CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA 3.6. ACTIVIDAD ENZIMÁTICA DE CURCINA La actividad ARN N-glucosidasa se realizó de acuerdo al método de Endo et al., (1987). La extracción de ARN se realizó a partir de hígado de ratón, el cual se maceró en un mortero con nitrógeno líquido, después se tomó una porción en un tubo eppendorf de 1.5 mL, posteriormente se agregaron 500 µL de trizol y se homogenizo durante 5 minutos en un vortex. Después se agregó 200 µL de fenol- cloroformo-isoamílico (24:1), se agitó a velocidad máxima durante 5 minutos en vortex y se centrifugó durante 15 minutos a 4ºC y 13000 rpm, el sobrenadante se transfirió a un tubo eppendorf, nuevamente se agregaron 200 µL de fenol- cloroformo-isoamílico (24:1) y se centrifugó a las condiciones antes mencionadas. El sobrenadante se colocó en un eppendorf nuevo y se adicionaron 300 µL alcohol isopropílico congelado, se homogenizó y dejó en reposo durante 90 minutos en un congelador, al término de este tiempo se centrifugó durante 15 minutos a 4ºC y 13000 rpm, el sobrenadante se eliminó por decantación con precaución para no perder el botón formado en la base del tubo eppendorf. El botón se resuspendió con 400 µL de etanol al 70% congelado y se centrifugó a las condiciones antes señaladas. Se eliminó el sobrenadante y el exceso de líquido sobre una toalla de papel. Se agregaron 30 µL de agua destilada estéril para disolver perfectamente el botón de ARN extraído. Se verificó la integridad, pureza y cantidad de ARN obtenido por absorbancia a 260 y 280 nm. Se incubaron 15 µg de ARN con 1 µg de curcina en solución buffer (10 mM Tris-HCl pH 7.4/60 mM KCl/10 mM MgCl2) a 37ºC durante 30 minutos a un volumen final de 100 µL. La reacción
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