La melatonina, novedosa biomolécula con propiedades anticancerígenas: mecanismos de acción antitumorales. Revisión narrativa

GRADO EN ENFERMERÍA Trabajo Fin de Grado La melatonina, novedosa biomolécula con propiedades anticancerígenas: mecanismos de acción antitumorales. Revisión narrativa. Estudiante: Marina Alonso Martín Tutelado por: Dr. Diego Fernández Lázaro Soria, 27 de Mayo del 2020 “El más dulce e inofensivo camino de la vida conduce a través de las avenidas de la ciencia y del saber” David Hume Resumen Introducción: La melatonina, hormona secretada por la glándula pineal, tiene como principal función la sincronización de los ritmos circadianos con los fenómenos ambientales, fundamentalmente con la luz. En las últimas décadas, numerosos equipos de investigación han descrito el importante papel de la melatonina en la prevención y el desarrollo del cáncer demostrado las propiedades oncostáticas de la melatonina. Los efectos antitumorales de la melatonina están asociados a una amplia variedad de mecanismos que intervienen en la regulación de la apoptosis y diferenciación, así como en la inhibición de la angiogénesis y la migración tumoral. Objetivo: Analizar y describir los diversos mecanismos de acción de la melatonina en el cáncer, estableciendo los potenciales efectos que ejerce en estos pacientes y su posible uso clínico desde una perspectiva enfermera. Material y métodos: La presente revisión bibliográfica narrativa se ha llevado a cabo realizando una exhaustiva búsqueda en las bases de datos electrónicas PUBMED y SciELO, seleccionando un total de 24 artículos científicos relacionados con la melatonina y la enfermedad del cáncer. Resultados y discusión: La melatonina ejerce su acción antitumoral a través de una gran variedad de mecanismos: acciones antiestrogénicas, la regulación del ciclo celular a nivel de proliferación, diferenciación y apoptosis, la regulación de la invasividad y metástasis tumoral, acciones antioxidantes, efectos inmunoestimulantes, acciones antiangiogénicas, la regulación epigenética y la inhibición de la actividad de la telomerasa. Esta indolamina muestra su eficacia tanto como sustancia endógena del organismo, como suplemento en terapias cancerígenas ayudando a mejorar el estado físico, psicológico y social de los pacientes. Conclusión: La melatonina es una molécula potencialmente beneficiosa en la prevención y tratamiento del cáncer. El papel de enfermería podría ser clave para que los pacientes adopten un correcto régimen terapéutico en base a las recomendaciones dietoterápicas y de la vida diaria, así como farmacológicas de prescripción enfermera. Palabras claves: Melatonina, suplementación, cáncer y mecanismos de acción. ÍNDICE DEL CONTENIDO Glosario de abreviatura 1. Introducción ...................................................................................................................... 1 1.1. La melatonina ............................................................................................................ 1 1.1.1. Aspectos moleculares de la melatonina ............................................................. 1 1.1.2. Fuentes exógenas de melatonina ....................................................................... 3 1.1.3. Déficits y excesos de melatonina ........................................................................ 4 1.1.4. Funciones generales........................................................................................... 5 1.2. El cáncer ................................................................................................................ 6 1.2.1. Epidemiología .................................................................................................... 6 1.2.2. Carcinogénesis ................................................................................................... 6 1.2.3. Etiología ............................................................................................................. 7 1.2.4. Mecanismos fisiológicos ..................................................................................... 7 1.3. Melatonina y cáncer .................................................................................................. 8 2. Objetivos ........................................................................................................................... 9 3. Justificación....................................................................................................................... 9 4. Material y métodos ........................................................................................................... 9 5. Resultados y discusión..................................................................................................... 11 5.1. Mecanismos de acción de la melatonina...................................................................... 11 5.2. Mecanismos antitumorales de la melatonina. .......................................................... 12 5.3. Enfermería y la melatonina ...................................................................................... 21 6. Conclusiones ................................................................................................................... 22 7. Bibliografía ...................................................................................................................... 23 Anexos ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1. Valor o rango de concentración de melatonina en los alimentos…………………..…Anexos TABLA 2. Bases de datos utilizadas y palabras clave empleadas para cada una de las búsquedas………………………………………………………………………………………………………………………………10 TABLA 3. Artículos encontrados y seleccionados en las diferentes bases de datos…………………11 ÍNDICE DE FIGURAS FIGURA 1. Estructura molecular de la melatonina………………………………………….…………………….….1 FIGURA 2. Proceso de síntesis de la melatonina…………………………………………………………..…………..2 FIGURA 3. Características principales de las células cancerígenas……………………………………..……..8 FIGURA 4. Mecanismos de acción anticancerígenos de la melatonina ……………………………..……13 FIGURA 5. Efectos epigenéticos de la melatonina en la célula cancerígena y en el microambiente tumoral………………………………………………………………………………………………………….14 FIGURA 6. Representación esquemática de los múltiples mecanismos involucrados en la inhibición de la metástasis del cáncer mediada por la melatonina …………………………………………18 FIGURA 7. Mecanismos antiangiogénicos de la melatonina …………………………………………………..19 FIGURA 8. Representación del mecanismo biomolecular del efecto Warburg y la acción de la melatonina para conseguir su inversión …………………………………………………………..……....…………..20 Glosario de abreviaturas - AAAD: Aminoácido aromático descarboxilasa - AANAT: Aralquilamina N-acetiltransfereasa (o SNAT: serotonina N-acetiltransferasa) - ADN: Ácido desoxirribonucleico - AECOSAN: Agencia Española de Seguridad Alimentaria, Consumo y Alimentación - AEMPS: Agencia Española de Medicamentos y Productos Sanitarios - AFMK: N1-acetil-N2-formil-5-metoxicinuramina - AFSA: Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria - AIF: Factor inductor de apóptosis - AMK: N-acetil-5-metoxikinuramine - AMPc: Adenosín monofosfato cíclico - Apaf-1: Factor activador 1 - APC: Células presentadoras de antígenos - ASMT: N-acetil-serotonina O-metiltransferasa - ARE: Elemento de respuesta antioxidante - CaM: Calmodulina - CaMKIIα: Proteína kinasa II alfa dependiente de la calmodulina - CAT: Catalasa - CDKs: kinasas dependientes de ciclina - C-EBPβ: Proteína potenciadora de uniones CCAAT - Células NK: células natural killer - COX-2: Ciclooxigenasa 2 - CP450: Citocromo P450 - DAG: Diacilglicerol - EGF: Factor de crecimiento epidérmico - EMA: Agencia Europea de Evaluación del Medicamentos - EMT: Transición epitelio-mesénquima - ERα: Receptores de Estrógeno alfa - ERE: Elemento de respuesta a estrógenos - ET-1: Endotelina-1 - E2: Estradiol - GLUT 1: Transportador de glucosa 1 - GMPc: Guanosín monofosfato cíclico - GPx: Glutatión peroxidasa - GRd: Glutatión reductasa - GSH: Glutatión - HAT: Histona acetiltransferasa - HDAC: Histona deacetilasa - HIF-1: Factor inducido por hipoxia - hTERT: Transcriptasa inversa de la telomerasa - IDO: Indoleamina 2,3-dioxigenasa - IFN-γ: Interferón gamma - IL: Interleucina - iNOS: Óxido nítrico sintasa inducible - JNK: c-JUN kinasa N-terminal - LA: Ácido linoleico - MAPK: Proteína kinasa activada por mitógeno (o ERK: receptor kinasa de señales extracelulares) - MEC: Matriz extracelular - MicroARN: miARN - MLC: Cadena ligera de miosina - MLCK: Kinasa de cadena ligera de miosina - MMP: Metaloproteinasas - mTOR: Proteína diana de rapamicina en mamíferos - NF-KB: Factor nuclear potenciador de las cadenas ligeras kappa de las células N activadas - Nrf2: Factor nuclear eritroide 2 - NSQ: Núcleo supraquiasmático del hipotálamo - PDH: Piruvato deshidrogenasa - PAIs: Proteínas inhibidoras de apóptosis - PDKs: Piruvato deshidrogenasas kinasas - PEPT ½: Transportador de oligopéptidos ½ - PGE2: Prostaglandina E2 - PHDs: Prolijidas-4-hidroxilasas - PI3: Inositol trifosfato - PI3K: Fosfoinositida 3-kinasa - PKA: Proteína kinasa A - PKC: Proteína kinasa C - PRs: Peroxirredoxina - pVHL: Proteína supresora de tumores de Von-Hippel-Lindau - QR2: Quinona reductasa 2 - RNS: Especies reactivas de nitrógeno - ROCK1: Proteína asociada a Rho 1 - ROS: Especies reactivas de oxigeno - RZR/RORα: Receptores nucleares de la hormona huérfana relacionada con el ácido retinoico - SEEM: Modulador Enzimático Selectivo de Estrógenos - SEOM: Sociedad Española de Oncología Médica - SERM: Modulador Selectivo del Recaptador de Estrógeno - SIRT3: Enzima sirtuina 3 - SNC: Sistema nervioso central - SOD: Superóxido dismutasa - STAT3: Transductor de señal y activador de la transcripción 3 - TGF-β: Factor de crecimiento transformante beta - TIMP-1: Inhibidor tisular de la metaloproteinasa 1 - TNF-α: Factor de necrosis tumoral alfa - TPH: Triptófano hidroxilasa - Tregs: Inductores de células reguladoras de la T - VEGF: Factor de crecimiento del endotelio vascular - 13-HODE: 13-hidroxioctadecadienoico 1 1. Introducción 1.1. La melatonina La melatonina (N-acetil-5-metoxitriptamina), es una pequeña molécula derivada del triptófano que se encuentra presente en casi todos los organismos vivos (1). Se descubrió casualmente estudiando la glándula pineal, al observar su capacidad de aclarar la piel de los anfibios provocando la agregación de los gránulos de melanina alrededor del núcleo de las células dérmicas. Esta función inicial que se le atribuyó, derivó en el nombramiento de esta hormona como melatonina. Dicha sustancia, la consiguió aislar por primera vez Aaron Lerner en 1958, facilitando sus posteriores estudios (2,3). 1.1.1. Aspectos moleculares de la melatonina Teniendo en cuenta la estructura molecular de la melatonina (Figura 1), esta hormona de la familia de las indolaminas (1), está caracterizada por su propiedad anfipática y su bajo peso molecular (232,28 g/mol), lo que le permite una elevada capacidad de difusión intracelular y extracelular (2,4). Figura 1. Estructura molecular de la melatonina (N-acetil-metoxitriptamina) (Adaptada de Tordjmanl S et al. (3)) - Síntesis La melatonina es sintetizada y secretada por la glándula pineal, situada en el cerebro detrás del tercer ventrículo, específicamente en unas células llamadas pinealocitos (1). Sin embargo, al contrario de lo que se pensaba inicialmente, esta glándula no es la única fuente de melatonina. Se ha observado que, en mayor o menor medida, todas las células, tejidos y órganos pueden sintetizarla, hallando la concentración más elevada en el tracto gastrointestinal (3,5). Estudios recientes (6-8) han reportado la posibilidad de que sea las mitocondrias la localización más prominente de su síntesis al percatarse de una cantidad de hormona mucho más elevada en estos orgánulos que en el plasma u otros compartimentos subcelulares. La síntesis de la melatonina comienza con la hidroxilación del aminoácido triptófano en 5-hidroxitriptófano, que posteriormente es descarboxilado produciendo serotonina. La enzima arilalquilamina-N-aceltiltranferasa (AANAT) se encarga de acetilar ésta última molécula formando N-acetilserotonina, que finalmente deriva en melatonina gracias a la acetilserotoninaO-metiltransferasa (ASMT) (Figura 2) (1,2,3). 2 Figura 2. Proceso de síntesis de la melatonina. Enzimas que participan: Triptófano hidroxilasa (TPH), aminoácido aromático descarboxilasa (AAAD), serotonina N-acetiltransferasa o aralquilamina N-acetiltransfereasa (SNAT o AANAT) y N-acetil-serotonina O-metiltransferasa (ASMT) (Adaptada de Tan D y Reiter RJ (6)) En la síntesis de melatonina pineal, la actividad enzimática está regulada por el sistema neuro-endocrino siguiendo el ritmo circadiano que responde al ciclo luz/oscuridad (1). Los estímulos luminosos son captados por las células ganglionares de la retina y enviados al núcleo supraquiasmático del hipotálamo (NSQ), considerado el principal reloj biológico interno (2,9). Éste trasmite la información recibida al núcleo hipotalámico paraventricular, cuyas fibras simpáticas se proyectan hacia la médula espinal a nivel del primer segmento torácico, y posteriormente, al ganglio cervical superior, desde donde la neurona simpática postganglionar inerva la glándula pineal liberando norepinefrina en sus terminaciones (1,9). Éste neurotransmisor se une a los receptores adrenérgicos alfa y beta de la pared de los pinealocitos aumentando la actividad de la adenilciclasa, con lo que se consigue comenzar la síntesis de melatonina (1,2). La norepinefrina únicamente es liberada durante las horas de oscuridad de la noche, ya que la luz bloquea su secreción al activar al NSQ, quien se encarga de enviar señales inhibitorias a la glándula pineal (9). Por lo tanto, el 80% de la melatonina pineal del organismo es sintetizada por la noche, pudiendo ser alterada esta síntesis por la luz artificial (3). En relación a la síntesis de melatonina mitocondrial, sus mecanismos de regulación no se conocen en profundidad debido a su reciente descubrimiento. Únicamente se sabe, que al contrario que en la melatonina pineal, la actividad de la aralquilamina N-acetiltransfereasa (AANAT) no presenta un carácter cíclico ligado a los cambios de luminosidad, sino que está regulada por las demandas de los tejidos circundantes (5,7). Una de las características particulares de la síntesis de melatonina es que la cantidad que se produce presenta notables variaciones según la edad. Los bebés nacen sin poder producirla de forma endógena, adquiriéndola únicamente de la leche materna (27,3 +/- 5,4 pg/mL). Es a los tres meses cuando el ritmo de melatonina inicia y a los 4-7 años cuando alcanza su máximo pico (329,5 +/- 42,0 pg/mL). Después, la síntesis disminuye considerablemente a la edad de los 15-20 años (62,5 +/- 9,0 pg/mL), tras lo cual, la concentración de melatonina decrece progresivamente hasta alcanzar valores mínimos en personas de edad avanzada (29,2 +/- 6,1 pg/mL), lo que influye al declive fisiológico de la función orgánica que caracteriza al envejecimiento (1,3,10). - Secreción y transporte La localización de la glándula pineal y su alta vascularización, le permite secretar rápidamente la melatonina al flujo sanguíneo y al líquido cefalorraquídeo, llegando a los tejidos profundos del sistema nerviosos central (SNC) así como al resto de los tejidos periféricos del 9 2. Objetivos - El objetivo principal del presente trabajo es profundizar en los diferentes mecanismos y vías a través de los cuales la melatonina ejerce sus acciones antitumorales, para comprender mejor sus potenciales efectos beneficiosos en la enfermedad del cáncer. - Desarrollar la fisiología de la molécula y sus fuentes de obtención. - Describir aspectos relevantes de la fisiopatología del cáncer. - Revisar críticamente la literatura publicada hasta la actualidad, para analizar, profundizar y describir los principales mecanismos de acción de la melatonina y sus relacionados efectos antineoplásicos. - Describir el papel de la enfermería en la posible aplicación futura de la melatonina en la práctica asistencial en pacientes con cáncer. 3. Justificación El cáncer supone un problema epidemiológico mundial de primer orden al ser considerado una de las enfermedades con mayor incidencia y una de las principales causas de mortalidad en el mundo. Por ello, el profesional de enfermería debe estar altamente sensibilizado y formado en todo lo relacionado con esta enfermedad, procurando mejorar el bienestar y la calidad de vida de estos pacientes a través de unos cuidados de calidad. Numerosas investigaciones han reportado potencial beneficio que ejerce la melatonina en el control de las diferentes etapas de evolución de los tumores, así como en las alteraciones fisiológicas producidas en las células neoplásicas, pudiendo utilizarse como coadyuvante en las terapias cancerígenas. En este sentido, como futura enfermera, profesional de la salud con capacidad prescriptora y responsable de la promoción de la salud, debo conocer todas las innovaciones que mejoren la salud de los pacientes. Por esta razón, conocer las funciones, mecanismos de acción, y factores que influyen al aumento o disminución de la concentración de melatonina, permitirán establecer las adecuadas recomendaciones en relación a esta hormona adaptándolas a las características individuales de cada paciente, especialmente a los enfermos de cáncer. De esta forma, se podría reducir los síntomas asociados con la enfermedad y favorecer el efecto del tratamiento aplicado, promocionando el bienestar físico, sí como psicológico y social de los pacientes con cáncer. En el presente trabajo tratamos de dar a conocer la eficacia de la melatonina como coadyuvante en la terapia cancerígena. Hemos centrado nuestra investigación en los mecanismos de acción que ejerce la indolamina contra el tumor, necesarios para comprender cómo actúa y el efecto que produce sobre el organismo. Por lo tanto, la relevancia de esta revisión, se debe al conocimiento que nos proporciona sobre la importancia y efectividad que supondría la inclusión de la melatonina como elemento utilizado a nivel asistencial en los protocolos de tratamiento estandarizado de las diversas patologías cancerígenas. 4. Material y métodos Para llevar a cabo este trabajo, se realizó una revisión bibliográfica narrativa entre los meses de diciembre de 2019 y mayo de 2020, con el objetivo de conocer los beneficios del uso de la melatonina aplicada por enfermería en pacientes con cáncer. 10 - Estrategia de búsqueda Las búsquedas se realizaron en las bases de datos electrónicas Medline (PubMed) y SciELO. Además, se consultó alguna página web de instituciones científicas y Google Scholar para búsquedas específicas puntuales. Como palabras clave, se utilizaron términos Mesh con diferentes combinaciones, y el operador boleano “AND” como nexo de búsqueda. Las palabras se seleccionaron teniendo en cuenta los objetivos propuestos a alcanzar en el trabajo, y son: melatonin (melatonina), cancer (cáncer), synthesis (síntesis), metabolism (metabolismo), action mechanism (mecanismo de acción), oncostatic (oncostático) y pharmacokinetic (farmacocinética) (Tabla 1). Tabla 1. Bases de datos utilizadas y palabras clave empleadas para cada una de las búsquedas (creación propia). Nº de búsqueda Base de datos Término de búsqueda 1 PubMed Melatonin AND synthesis AND metabolism AND cancer 2 PubMed Melatonin AND action mechanism AND cancer 3 PubMed Melatonin AND oncostatic 4 PubMed Melatonin AND tryptophan AND diet 5 PubMed Melatonin AND pharmacokinetic 6 SciELO Melatonin AND synthesis 7 SciELO Melatonin AND phisiology 8 SciELO Melatonin AND cancer Con la finalidad de reducir el número de artículos en la búsqueda inicial se aplicaron los siguientes filtros: estudios realizados en humanos y artículos publicados en los últimos 5 años. - Selección de estudios Tras realizar la pertinente búsqueda, se obtuvieron un total de 604 artículos, de los cuales se seleccionaron 44 tras aplicar ciertos criterios de inclusión y exclusión al leer el título y el abstract. Los criterios de inclusión que se tuvieron en cuenta fueron: el tema tratado en los artículos que tuviese relación con la melatonina y el cáncer, la fecha de publicación que fuese entre el 2015 y el 2020, el idioma se restringió al español e inglés, y el lugar de publicación de las guías, libros o artículos podía ser diverso. Así mismo los criterios de exclusión que se aplicaron fueron: las publicaciones con un tema no relacionado a la melatonina y el cáncer, documentos duplicados, estudios con más de 5 años de antigüedad y los artículos de los cuales no se pudiese recuperar el texto completo. Los artículos fueron analizados y examinados, realizando una lectura crítica para establecer si exponían un tema que nos pudiese ser de utilidad para alcanzar el objetivo que nos 11 ocupa, seleccionando finalmente un total de 24 artículos (Tabla 2). Sin embargo, no solo se utilizaron estos artículos en la redacción del trabajo, sino que, a su vez, se aplicó la estrategia de bola de nieve obteniendo otros artículos también relevantes a incluir. Tabla 2. Artículos encontrados y seleccionados en las diferentes bases de datos (creación propia). Términos de búsqueda Nº de artículos tras aplicar los filtros Nº de artículos tras leer el título Nº de artículos tras leer el abstract Nº de artículos escogidos Melatonin AND synthesis AND metabolism AND cancer 314 32 12 5 Melatonin AND action mechanism AND cancer 122 20 9 5 Melatonin AND oncostatic 43 15 10 7 Melatonin AND tryptophan AND diet 36 10 4 2 Melatonin AND pharmacokinetic 78 12 7 3 Melatonin AND synthesis 2 1 1 1 Melatonin AND physiology 8 3 1 1 Melatonin AND cancer 1 0 0 0 5. Resultados y discusión 5.1. Mecanismos de acción de la melatonina La melatonina desempeña múltiples acciones actuando a través de diferentes vías moleculares, que pueden ser dependientes o independientes de receptores (3). - Acciones mediadas por receptores La vía que más caracteriza a la melatonina como hormona que es, es la del uso de receptores específicos de membrana. Inicialmente, se identificaron dos sitios de unión diferentes, ML1 de alta afinidad y ML2 de baja afinidad (3). Posteriormente, los receptores ML1 se diferenciaron en dos subtipos: Mella o MT1 y Mellb o MT2, localizados en numerosas áreas 12 del SNC y tejidos periféricos, tanto en la membrana celular como en las mitocondrias (1,6). Ambos son receptores acoplados a la proteína G heterotrimérica, que interactúa con enzimas como la adenilil ciclasa, fosfolipasa A2 y C, y canales de iones de Na/K, con lo que generalmente consigue disminuir la producción de adenosín monofosfato cíclico (AMPc) y guanosín monofosfato cíclico (GMPc) y/o aumentar la de inositol trifosfato (PI3) y diacilglicerol (DAG) (1,2). Por otra parte, ML2, llamado actualmente MT3, corresponde al tercer sitio de unión de la melatonina. A diferencia de MT1 y MT2, éste no es considerado un receptor propiamente dicho, y lo forma una enzima detoxificante, la quinona reductasa 2 (QR2). Este receptáculo inhibe las reacciones de transferencia de electrones de las quinonas, permitiendo reducir el estrés oxidativo (2,4). Además de actuar a través de receptores de membrana, la melatonina podría unirse a receptores nucleares de la hormona huérfana relacionada con el ácido retinoico (RZR/RORα), hecho que todavía no se ha estudiado en profundidad (2,4). - Acciones no mediadas por receptores Gracias a su capacidad anfipática, la melatonina puede entrar fácilmente en las diferentes células de los tejidos y sus orgánulos, permitiéndole interaccionar con moléculas intracelulares sin la necesidad de usar receptores (2). A través de estas interacciones, la melatonina realiza una de sus funciones más relevante, la de molécula antioxidante (6). Además, también ejerce un papel importante de regulación en la vía ubiquitina-proteasoma, encargada de controla la degradación proteica; en el complejo Calcio-Calmodulina, inhibiendo la proteína quinasa Ca2+/Calmodulina-dependiente; así como en la transcripción y expresión de los llamados genes reloj, actuando como inhibidor o estimulador de proteínas (Period 1 y Period 2) que controlan la transcripción y expresión de otros genes encargados de la mayor parte de las funciones circadianas celulares (1,2). 5.2. Mecanismos antitumorales de la melatonina. Una amplia variedad de estudios publicados, acuerdan y confirman la melatonina como agente anticancerígeno, mostrando su capacidad de disminuir la progresión del tumor y observando el aumento de riesgo de padecer cáncer en la población con carencia de melatonina (26). Esta hormona posee esta importante función debido a su mecanismo de acción multimodal intracelular (4). Los mecanismos de inhibición del cáncer asociados al efecto de la melatonina han sido estudiados en diversos tipos de neoplasias tanto en in vitro como in vivo, incluyendo el cáncer de mama, endometrial, de próstata, de ovario, laríngeo, hepático, renal, pulmonar, gástrico, pancreático y colorrectal entre otros (29). A continuación, se explican los diferentes mecanismos antitumorales de la melatonina propuestos en la figura 4. 13 Figura 4. Mecanismos de acción anticancerígenos de la melatonina (→ promover, ―ǀ inhibir y ― regular) (Adaptada de Li Y et al. (29)). a) Factores epigenéticos El cáncer comienza por la mutación del ADN, por lo que regular el perfil genético podría suponer la inhibición del inicio de la carcinogénesis. La melatonina, se ha documentado que está capacitada para modular el microARN (miARN), pudiendo disminuir la actividad de los oncogenes así como aumentar la de los genes supresores de tumores y los genes reparadores del ADN (29,31). Los mecanismos epigenéticos llevados a cabo por la melatonina, permiten controlar la transcripción ascendente o descendente de numerosas enzimas que actúan en los procesos de desarrollo del cáncer (9,26). Para ello, la indolamina interactúa con sus receptores de membrana activando cascadas de señales intracelulares que regulan los factores de transcripción, alterando el ADN y generando cambios positivos en las células cancerígenas y el microambiente que las rodea para disminuir el desarrollo cancerígeno (31) (Figura XX, art 33). Asimismo, la acetilación y metilación de las histonas inducida por la melatonina modulan la codificación de las secuencias de ADN, modificando los genes a transcribir. La melatonina está relacionada con varias isoformas de la histona deacetilasa (HDAC), pudiendo aumentar o disminuir la acetilación, favoreciendo en todos los casos la supresión de la proliferación y la inducción de la apoptosis celular. A su vez, la indolamina puede inhibir la histona lisina-metilasa, cuya acumulación excesiva deriva en una disminución de la metilación, que da lugar a la reducción de la expresión de los genes supresores de tumores (31). 14 Figura 5. Efectos epigenéticos de la melatonina en la célula cancerígena y en el microambiente tumoral (Adaptada de Bondy SC et al. (31)). b) Regulación del ciclo celular, proliferación y apoptosis. Los mecanismos de acción de la melatonina para reducir el desarrollo y evolución del cáncer, están asociados con la modulación de las vías de señalización intracelular implicadas en la regulación del ciclo celular, proliferación y apoptosis (9,31). La melatonina puede intervenir directamente sobre el ciclo celular alargando la fase G1 de crecimiento y retrasando la fase S de replicación del ADN, es decir, reteniendo a las células en una fase denominada G0; o bloqueando posteriormente la fase G2/M de división nuclear (11,17). Así, consigue aumentar la diferenciación celular y evitar la actividad mitótica de las células (26). Esta habilidad de la melatonina se debe a su capacidad de regular la transcripción del gen supresor tumoral p53, aumentando el inhibidor del ciclo celular p27kip1 a través de su receptor MT1 y la consecuente activación de las proteínas kinasas A y C (PKA, PKC) (17,26). Además, reduce el factor de crecimiento epidérmico (EGF), encargado de promover la actividad de la ciclina D1, proteína promotora del ciclo celular que actua sobre las kinasa dependientes de la ciclina (CDKs) (26). Estas enzimas reguladoras del correcto desarrollo del ciclo celular y esenciales en el comienzo de la división y transcripción, también pueden ser inhibidas directamente por la melatonina (9). Otro gen regulado por la indolamina y que interfiere en el ciclo celular es el p21, codificador de la proteína inhibidora de las CDKs (32). Los mecanismos de acción antiproliferativos y proapoptóticos de la melatonina tienen en común varias vía efectoras, las cuales las consigue regular desencadenando una cascada de señales de fosforilación (2,31). La fosfoinositida 3-kinasa (PI3K) es una familia de kinasas lipídicas implicadas en numerosas rutas metabólicas que mejoran el crecimiento celular y la proliferación, y disminuyen la apóptosis. La inhibición de la vía PI3K/Akt por parte de la melatonina, reduce la señalización de la Akt, metabolito precursor de la proteína diana de rapamicina en mamíferos (mTOR), ambas moléculas relacionada con el crecimiento y la supervivencia de las células (9,18). Así mismo, la ruta de la p38 kinasa o proteína kinasa activada por mitógeno (MAPK), también contribuye al desarrollo cancerígeno (26). En esta vía, la melatonina aumenta la concentración y activación de ERK, molécula que regula la transcripción 15 proteica en el núcleo celular, al actuar sobre la PKA y disminuir la formación de AMPc (29). Por último, otra vía en la que influye la melatonina es la vía JNK/c-jun, activa la c-JUN kinasa Nterminal (JNK) contribuyendo a la muerte celular (26,31). El gen p53, además de interferir en el ciclo celular, también actúa evitando la acumulación de mutaciones en el ADN y con ello el inicio de las neoplasias malignas, así como promoviendo la muerte celular cuando el ADN es irreparable. En particular, las HDACs intervienen principalmente disminuyendo la transcripción genética de los genes supresores de tumores, como dicho gen (9). La melatonina puede actuar sobre estas enzimas bloqueando su translocación al núcleo al inhibir la proteína kinasa II alfa dependiente de la calmodulina (CaMKIIα) (4,26). Para ello, la indolamina actúa promoviendo la desfosforilación y la importación nuclear de la HDAC4, encargada de la inactivación de la CaMKIIα (29,31). Como hemos visto, la melatonina puede desencadenar la apoptosis actuando en varias vías citosólicas como la PI3K/AKT/mTOR, la MAPK/ERK y la JNK/c-jun, así como epigenéticas. Sin embargo, también puede influir en procesos apoptóticos dependientes de las mitocondrias al interferir en la liberación de ROS, del citocromo c y de las proteínas reguladoras de la muerte celular (8). La resistencia de las células cancerígenas a la apoptosis, depende en gran medida a la acción de las proteínas inhibidoras del proceso (PAIs) como la XIAP, cIAP-1, cIAP-2, survivina y levina. Estas proteinas normalmente actúan limitando la actividad de las caspasas, encargadas de iniciar y llevar a cabo la apóptosis (26). La melatonina, dentro de la mitocondria, puede asociarse a la desactivación de la XIAP y la survivina utilizando la vía de la COX-2/PI3K/Akt involucrada en la dinámica mitocondrial, a través de la cual disminuye la concentración de ciclooxigenasa 2 (COX-2) y la activación de Akt dependiente ROS (4,18,26). Otras proteínas antiapoptóticas que intervienen en el proceso de apoptosis mitocondrial y cuya actividad puede regular la melatonina, son las Bcl-2. Estas proteínas evitan la liberación del citocromo c inactivando a las proteínas bax, y así la formación del apoptosoma, complejo formado por el citocromo c al unirse al factor activador 1 (Apaf-1). Dicho complejo permite activar la caspasa-9 que posteriormente activa a las caspasas efectoras (caspasas-3) que inician la degradación del ADN (8). La melatonina se encarga de aumentar la expresión del mediador que interactúa con la Bcl-2 (Bim) activando la transcripción del factor FoxO3a e incrementando su concentración en el núcleo (29). También en las mitocondrias, la melatonina puede promover la formación de la proteina precursora del factor inductor de apoptosis (AIF). Esta proteína actúa en el núcleo celular independientemente del mecanismo de acción de las caspasas. Su función consiste en inducir la muerte celular desencadenando la condensación de cromatina y la fragmentación del ADN (8). c) Acción antiestrogénica. Los esteroides tienen un papel importante en la proliferación de los tumores hormonodependiente, como son el de próstata y mama. Estos metabolitos generar radicales libres tras su oxidación, lo que conlleva al aumento de las mutaciones en el ADN (9). Los mecanismos de acción de la melatonina más estudiados en relación a estas moléculas, han sido aquellos dirigidos a la actividad antiestrogénica (11). Gracias a ello, actualmente se sabe que la melatonina puede reducir estos efectos cancerígenos actuando como Modulador Selectivo del Recaptador de Estrógeno (SERM) al interactuar con el receptor estrogénico (RE), o como Modulador Enzimático Selectivo de Estrógenos (SEEM) (32). 16 La melatonina, como SERM, es capaz de disminuir la producción de estrógenos interviniendo en la vía de señalización del estradiol (E2) al reducir la expresión de los receptores de estrógeno alfa (ERα) y bloquear su actividad transcripcional (26,32). La activación del ERα, y, por lo tanto, de su función transcripcional por los E2, puede producirse a partir de concentraciones elevada de AMPc. La melatonina a través del receptor de membrana MT1, puede reducir esta molécula disminuyendo la actividad de la PKA al inhibir a la enzima adenilatociclasa (32). A su vez, la hormona reduce la concentración de estrógenos inhibiendo la unión del complejo de estradiol (E2-ER) al elemento de respuesta del estrógeno (ERE) en el ADN. La asociación de este complejo a la calmodulina (CaM) induce a la unión del mismo con el ERE, considerándose la CaM regulador de la transcripción de E2. Esta proteína reguladora de calcio, puede ser inhibida por la melatonina uniéndose a ella (8,32). Lo que también le permite adquirir a la melatonina la capacidad de mejorar la fosforilación y activación de factores de transcripción y sitios de unión del núcleo, involucrados en la proliferación celular (26). Por otro lado, la melatonina como SEEM, puede intervenir a través del receptor MT1 en rutas enzimáticas que colaboran en la transformación de estrógenos débiles en estrógenos potentes y biológicamente activos, y en la síntesis de estos últimos (11,17). La melatonina inhibe la expresión y actividad de enzimas que colaboran positivamente en este proceso, como la aromatasa o sulfatasa, y estimula aquellas que realizan la función inversa, como la estrógeno sulfatotransferasa (32). d) Inhibición de la actividad de la telomerasa. Reducir la capacidad de las células tumorales para dividirse ilimitadamente, es una relevante opción a tener en cuenta a la hora de disminuir la progresión cancerígena. La melatonina puede encargarse de este proceso al influir además de en vías ya explicadas como la de la PI3K-Akt/mTOR y las CDKs, en la actividad de la telomerasa (11). Las telomerasas, evitan el acortamiento natural de los cromosomas añadiendo secuencias de proteínas ribonucleares especializadas en los telómeros, lo que mantiene la estabilidad del ADN a pesar de las frecuentes divisiones celulares (4,26). La melatonina colabora en la inhibición de la transcriptasa inversa de la telomerasa (hTERT), una subunidad de la telomerasa que se encarga principalmente de la activación de la enzima. Puede realizarlo reduciendo la expresión del mARN de hTERT, pero también gracias a su capacidad antiestrogénica. Recientes estudios han determinado la presencia de un elemento de respuesta a estrógenos (ERE) imperfecto en el promotor hTERT, lo que explica la capacidad de los estrógenos para regular la expresión de hTERT y con ello, la actividad de la telomerasa (32). e) Modulación de la metástasis. La capacidad inhibitoria de la metástasis deriva de la sobreexposición de los receptores de melatonina MT1, a través de los cuales se modula las interacciones celulares internas para minimizar el proceso y enlentecer el avance del cáncer (4,11). Los mecanismos de acción de la melatonina se dirigen a las características que favorecen la metástasis tanto de las células tumorales como del microambiente que las rodea (Figura 6) (26). La adhesión celular se consigue mediante diversas uniones, como las uniones gap, adherentes, estrechas, desmosomas y hemidesmosomas (9). Se ha demostrado que la melatonina evita la invasión celular regulando la interacción de las células con otras células y 17 con la matriz al actuar sobre la expresión de ciertas moléculas de adhesión asociadas con las uniones adherentes y las uniones estrechas (9,26) La disminución de la caderina E, produce además de la alteración de la unión celular, señales inductoras de numerosos factores de transcripción a través de la β-catenina (27). La regulación de esta molécula por parte de la melatonina, se lleva a cabo evitando la interacción de NF-kB con la proteína potenciadora de uniones CCAAT (C-EBPβ). Por otra parte, la cohesión de la estructura de las uniones estrechas se ve reforzada con niveles elevados de ocludina asociados a la acción de la melatonina. Esta proteína se relacionada con la translocación de las proteinas de polaridad y la migración de las células epiteliales regulando la actividad de la PI3K (26,27). En cuanto a la modulación y expresión de las metaloproteinasas (MMP), proteínas que favorecen la remodelación de MEC (26), la indolamina consigue este efecto represivo inhibiendo la vía de señalización de la p38 MAPK a través de la PKA, interviniendo en su transcripción por parte del NF-kB, e incluso acoplándose directamente en el sitio de activación de la MMP-9. La síntesis de MMP también se asocia a la acción del inhibidor tisular de la metaloproteinasa 1 (TIMP-1), regulada por la melatonina (26,27). Otras moléculas también implicadas en la interacción celular son las integrinas, glicoproteínas heterodiméricas que promueve la conexión intracelular con el medio extracelular (9). Se observó que la melatonina es capaz de amortiguar esta interacción reduciendo la expresión de la integrina αvβ3 (26). Estas señales intra y extracelulares permiten la activación de proteínas que intervienen en la reorganización de los microfilamentos que componen el citoesqueleto, imprescindible para dirigir el movimiento celular (11,26). La melatonina se asocia a una disminución de la expresión de la proteína asociada a Rho 1 (ROCK1) y la kinasa de cadena ligera de miosina (MLCK), cuya fosoforilación da lugar a la cadena ligera de miosina (MLC). Todas ellas son moléculas moduladoras de la dinámica del citoesqueleto, y en particular, la MLC colabora en las interacciones de los filamentos de actina y miosina (28). La movilidad celular también puede aumentar a través de la EMT, proceso controlado por estímulos externos de transcripción y señalización como NF-kB, Wnt, AP-1 y el factor de crecimiento entre otros. La melatonina tiene la capacidad de intervenir en la actividad del NFkB, molécula que suprime el fenotipo epitelial inhibiendo la transcripción de proteínas que regulan negativamente la cadherina E. A su vez, la NF-kB supone un obstáculo para la EMT al contribuir en la inducción de vimentina, proteína encargada del mantenimiento del fenotipo mesenquimal, así como del aumento de la migración celular (9,27). Otra vía reguladora de la EMT en la que interviene la melatonina es la Caterina Wnt/β. A medida que la capacidad invasiva de la célula avanza, las bajas concentraciones de E-cadherina liberan β-catenina de las uniones celulares al núcleo. Lugar donde actúa como factor de transcripción activando la expresión de los genes Wnt, promotores de la EMT. En este proceso la melatonina promueve la eliminación de la catenina-β interfiriendo en la fosforilación de Akt (26,27). 18 Figura 6. Representación esquemática de los múltiples mecanismos involucrados en la inhibición de la metástasis del cáncer mediada por la melatonina (26). f) Inhibición de la angiogénesis La angiogénesis es una característica importante gracias a la cual los tumores progresan rápidamente, por ello, su inhibición disminuye el crecimiento y proliferación de las células neoplásicas. Los mecanismos antiangiogénicos de la melatonina son múltiples (Figura 7), pero todos ellos tienen el objetivo de reducir las moléculas que participan en la formación de las extensas estructuras capilares o disminuyendo la densidad de los vasos sanguíneos (29,31). En particular, el factor de crecimiento del endotelio vascular (VEGF) es clave en este proceso (31). La acumulación de VEGF puede ser disminuida suprimiendo su formación a nivel genético bajo la regulación de la transcripción de mARN o inhibiendo el receptor nuclear RZR/RORγ (29). Los vasos formados a través de este procedimiento están muy desorganizados y pueden aumentar la hipoxia del tejido, señal biológica que aumenta los factores pro-angiogénicos y la activación de sus receptores (11). El factor inducido por hipoxia (HIF-1) es un heterodímero que en un microambiente celular con bajas concentraciones de oxígeno evita ser hidroxilado por las prolijidas-4-hidroxilasas (PHDs) y degradado posteriormente por la proteína supresora de tumores de Von-Hippel-Lindau (pVHL) (27). El dímero HIF-1α/HIF-1β junto al transductor de señal y activador de la transcripción 3 (STAT3), inductor de la estabilidad de HIF-1α, participan en la transcripción genética de VEGF uniéndose a su activador CBP/p300. La acción antioxidante de la melatonina permite eliminar las ROS que interfieren en la actividad de las PHD, permitiendo desestabilizar el Hif-1α durante la hipoxia. Además, la indolamina puede actuar no solo en la promoción de la degradación de la molécula, sino también interviniendo en la traducción de HIF-1α asociado con la p70S6K o en la actividad de STAT3 (28,29). 25 hypothesis. Cell Mol Life Sci [Internet]. 2020 [citado 27 febrero de 2020]. Disponible en: https://doi.org/10.1007/s00018-019-03438-1 31. Bondy SC, Campbell A. Mechanisms underlying tumor suppressive properties of melatonin. Int J Mol Sci [Internet]. 2018 [citado 30 marzo de 2020]; 19(8): 2205. Disponible en: https://doi.org/10.3390/ijms19082205 32. Hill SM, Belancio VP, Dauchy RT, Xiang S, Brimer S, Mao L et al. Melatonin: an inhibitor of breast cancer. Endocr-relat cancer [Internet]. 2015 [citado 4 abril de 2020]; 22(3): 183-204. Disponible en: https://doi.org/10.1530/ERC-15-0030 33. Ministerio de Sanidad, Consumo y Bienestar Social. Real Decreto 1302/2018 de 22 de octubre. Boletín Oficial del Estado, nº 256, (22-10-1018). Disponible en: https://www.boe.es/eli/es/rd/2018/10/22/1302 Anexos Autorizaciones para el uso de las figuras adjuntadas  Respuesta de autorización de uso de la figura 6 (26)  Respuesta de autorización de uso de la figura 7 (28)  Petición y respuesta de autorización de uso de la figura 8 (30) Tabla 1. Valor o rango de concentración de melatonina en los alimentos (12). Grupo de alimentos Alimentos Concentración de melatonina (ng/g o pg/mL) Carnes Cordero 1,60 +/- 0,14 ng/g Vaca 2,10 +/- 0,13 ng/g Cerdo 2,50 +/- 0,18 ng/g Pollo 2,30 +/- 0,23 ng/g Pescados Salmón 3,70 +/- 0,21 ng/g Huevos Huevos 6,10 +/- 0,95 ng/g Productos lácteos Leche de vaca 4,03 – 39,43 pg/mL Yogur 0,13 +/- 0,01 ng/g Cereales Maíz 0,10 – 2034 ng/g Arroz 0,00 – 264 ng/g Avena 1,80 – 90,60 ng/g Miga del pan 0,19 – 0,63 ng/g Corteza del pan 0,14 – 0,82 ng/g Frutas Uva (piel) 0,01 – 158,90 ng/g Cereza 0,01 – 20 ng/g Fresa 0,01 – 11,26 ng/g Piña 0,04 – 0,28 ng/g Manzana 0,16 – 5,00 ng/g Tomate 0,03 – 249,98 ng/g Verduras Patata Indetectable Remolacha 0,002 ng/g Pimiento 4,48 – 31,01 ng/g Calabacín 0,01 – 0,59 ng/g Champiñón 4300 – 6400 ng/g Legumbres y semillas Lentejas 0,07 – 1089,80 ng/g Soja 0,45 – 1,89 ng/g Pipas de girasol 29,00 ng/g Semillas de mostaza 129 – 189 ng/g Frutos secos Pistacho 226,90 – 233 ng/g Nueces 0,14 – 1,77 ng/g Aceite Aceite 0,03 – 0,29 ng/g Bebidas Vino 0,16 – 129,5 ng/g Café 0,04 – 9600 ng/g Zumo naranja 3,15 – 21,80 ng/g Té Indetectable Plantas medicinales Hierbas medicinales 40,7 – 7110 ng/g