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Effetti del blocco 3-AR sulla risposta vascolare.

L’estensione della vascolarizzazione del melanoma è stata effettuata valutando i li- velli di espressione di AQP1 e Fattore VIII, con Western blotting, e di CD31 con immunoistochimica. AQP1 è localizzata esclusivamente sulle cellule endoteliali di melanoma, rappresentando così un ottimo marcatore vascolare [105]. Il Fattore VIII è una proteina essenziale per la coagulazione del sangue ed è un marker per le cel- lule endoteliali. Come mostrato nella Figura 4.11, l’espressione sia di AQP1 che del Fattore VIII (Figura 4.11a e b) è marcatamente ridotta nei topi trattati con SR59230A o L-748,337 rispetto ai topi trattati con veicolo, ad indicare una signifi- cativa riduzione della vascolatura del melanoma dopo il blocco del recettore. Tali risultati sono stati confermati dai dati ottenuti dall’immunoistochimica con utilizzo di anticorpi diretti contro CD31 (Figura 4.11c-e). Infatti, un evidente decremento dei livelli di CD31 nei vasi sanguigni è stato osservato nei topi trattati con SR59230A o L-748,337. L’analisi quantitativa delle immagini (Figura 4.11f) ha confermato una riduzione di circa il 50% della presenza di CD31 dopo trattamento con SR59230A o L-748,337. I dati mostrano che non solo la presenza di CD31 è ridotta nei casi dei topi trattati con SR59230A o L-748,337, ma anche che molte cellule endoteliali mo- strano una morfologia inconsueta, rigonfia, indicatrice di una condizione patologica. Tali risultati sono stati confermati utilizzando una doppia marcatura nell’immunoi- stochimica, usando CD31 in associazione con gli anticorpi verso la caspasi-3 attiva (Figura 4.11g-j). Nel caso dei topi trattati con SR59230A o L-748,337, le cellule

Figura 5.9: Effetti di 5 mg/kg di SR59230A o L-748,337 sulla crescita tumorale in

topi in cui sono state inoculate cellule B16F10. (a) Immagini di topi inoculati con B16F10 a 18 giorni post-inoculazione e dopo trattamento con veicolo, SR59230A o L-748,377. (b) Analisi della crescita tumorale a D18. *P<0.001 rispetto al trattamento con veicolo. (c) Analisi dell’andamento nel tempo del volume del tumore nel range D10 e D18. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001. Ogni colonna (b) e ogni punto (c) rappresenta la media ś SEM di dati di almeno otto campioni indipendenti.

endoteliali con morfologia alterata esprimono la caspasi-3 attiva, indicando che sono cellule apoptotiche.

Questo risultato indica che il blocco dei 3-AR non solo è associato ad induzione di apoptosi nelle cellule di melanoma, ma è anche legato all’apoptosi nelle cellule endoteliali, provocando così una riduzione del letto vascolare ed una diminuzione dell’apporto di ossigeno e metabolismo alle cellule tumorali e quindi un incremento del danno alle cellule tumorali stesse. Questa riduzione della vascolatura tumorale dovuta al blocco di 3-AR può dipendere sia dall’alterazione dei livelli di alcuni dei maggiori fattori positivamente associati all’angiogenesi, quali VEGF, FGF-2, IGF-1, Ang-2, ed Epo. Come mostrato dalla Figura 4.12, i livelli di espressione di tali fattori non hanno mostrato differenze significative tra topi trattati con il veicolo e quelli trattati con SR59230A o L-748,337.

Figura 5.10: Effetti del beta-blocco. (a-c) Effetti di SR59230A o L-748,337 sulla

proliferazione cellulare e sull’apoptosi mediante l’uso del saggio MTT. (d) Im- munomarcatura della caspasi-3 attiva su sezioni tumorali trattate con veicolo. (e-f) Immunomarcatura della caspasi-3 attiva su sezioni di tumore trattate con SR59230A o L-748,337. (g) Analisi quantitativa delle immagini ottenute mediante immunoistochimica.

Figura 5.11: Effetti del beta-blocco sulla risposta vascolare. (a-b) Effetti del trat-

tamento con SR59230A o L-748,337 su fattori angiogenici valutati mediante sag- gio MTT. (c-e) Immunoistochimica con marcatura verso CD31 in sezioni tumorali trattate con veicolo o SR59230A o L-748,337. (f) Analisi quantitativa delle imma- gini. (g-j) Immunoistochimica con doppia marcatura utilizzando anticorpi verso CD31 e caspasi-3 attiva.

Figura 5.12: Espressione di VEGF, FGF-2, IGF-1, Ang-2 e Epo a seguito del trat-

tamento del melanoma con il veicolo, SR59230A o L-748,337 valutata attraverso Western Blotting ed analisi densitometrica. Ogni colonna rappresenta la media ś SEM dei dati di almeno otto campioni indipendenti. L’espressione delle proteine è relativa al controllo di caricamento, -actina.

Gli stadi avanzati del melanoma mostrano diversi gradi di resistenza agli agenti terapeutici correntemente utilizzati e solo una bassa percentuale di pazienti risponde ai trattamenti, Sono stati effettuati diversi studi sul melanoma usando una varietà di composti [119]. La ricerca sugli antagonisti dei recettori -adrenergici è un’area molto competitiva, non solo per la molteplicità di vie che i -AR regolano, ma anche perché un loro eventuale utilizzo nella terapia antitumorale sarebbe facilitato dal loro vasto impiego clinico. Alcuni studi precedenti al nostro fanno supporre che il blocco dei -AR è in grado di ridurre il rischio di progressione tumorale, di metastasi ed incrementa il tempo di sopravvivenza dei pazienti affetti da melanoma [83, 120]. In questo studio si è deciso di approfondire l’argomento, andando a dimostrare che il blocco di 3-AR inibisce in modo significativo la crescita del melanoma sia in vitro che in vivo.

I recettori 1- e 2-AR sono espressi dalle cellule di melanoma umano [115, 59], ma an- che nei nostri studi preliminari abbiamo riscontrato la presenza nelle cellule B16F10 di tutti e tre i recettori -AR (dato non mostrato), confermando così la supposizione che il sistema -adrenergico svolge un ruolo importante nella crescita del melanoma. La farmacologia dei 3-AR pone alcuni problemi di specificità, che possono limita- re i risultati ottenuti con l’approccio farmacologico che caratterizza questo lavoro. Per esempio, per quanto riguarda l’affinità degli antagonisti, l’antagonista più usato, SR59230A, in alcuni sistemi dimostra un’affinità per 3-AR nel medesimo range o ad- dirittura minore che per 1- e 2-AR. Tuttavia è stato anche dimostrato che SR59230A blocca i 3-AR a concentrazione di 10 M [121, 122, 123, 124]. Nello studio di Vrydag W. e collaboratori (2007) è risultato che SR59230A può agire anche come un agoni- sta parziale, con gradi di azione come parziale agonista che dipendono dal sistema utilizzato come modello [125]. Per determinare se gli effetti di SR59230A potesse- ro essere effettivamente imputabili ad un blocco dei 3-AR, i risultati ottenuti dal trattamento con SR59230A sono stati confrontati con quelli ottenuti da L-748,337, un antagonista puro e maggiormente selettivo verso 3-AR. Chiaramente, per poter escludere completamente che i due farmaci utilizzati non abbiano effetti off target, occorrerà utilizzare altri approcci quali, ad esempio, il confronto con bloccanti dei 1- e/o 2-AR o un approccio molecolare basato sul silenziamento dei singoli -AR [111]. I dati ottenuti sulla proliferazione cellulare hanno mostrato che essa è inibita dal blocco di 3-AR sia in presenza che in assenza di NE; ciò indica che l’attività spon- tanea di 3-AR, sia costitutiva che causata dai fattori autocrini, è necessaria per la proliferazione delle cellule di melanoma [126, 127]. I risultati, inoltre, mettono in

evidenza che il blocco di 3-AR incrementa l’apoptosi nelle cellule B16F10, permet- tendo di supporre che i recettori 3-adrenergici possano promuovere i meccanismi di segnalazione che regolano un punto funzionale nel passaggio tra proliferazione e morte cellulare. Tenendo conto di tutto ciò, abbiamo identificato iNOS come un effettore a valle legato di 3-AR ed i dati sembrano confermare il coinvolgimento del pathway di NO nel sistema di trasduzione del segnale di 3-AR [128]. Inoltre, al- tri autori hanno riportato che la crescita del melanoma possa essere supportata da iNOS [129]. In condizioni ipossiche abbiamo ottenuto un’upregolazione dei 3-AR, suggerendo che questo fenomeno sia la risposta adattativa delle cellule di melanoma alla diminuzione della disponibilità di ossigeno. Tali risultati sono stati ottenuti an- che in altri studi sperimentali, come nelle condizioni ischemiche/ipossiche nel tessuto cardiaco [128] e nella retina di topo [81, 130, 131]. La risposta adattativa all’ipossia coinvolge l’up-regolazione di fattori angiogenici, come VEGF; quest’ultimo, infatti, nelle condizioni sperimentali di ipossia nelle cellule B16F10 ha dei livelli di espres- sione incrementati. L’aumento di espressione di VEGF, indotta da ipossia, non è invece presente nelle cellule trattate con gli antagonisti di 3-AR, indicando come il blocco di 3-AR comporti l’inibizione dell’up-regolazione di VEGF. Questi risultati ci permettono di supporre che vi sia una relazione tra i recettori 3-adrenergici ed il VEGF, ipotesi che risulta confermata dallo studio sperimentale svolto sugli adi- pociti [132] e sulla retina di topo [81]. In conclusione, i dati sulle colture cellulari mostrano un ruolo importante per il 3-AR nella proliferazione cellulare del tumore e nella regolazione della risposta angiogenica all’ipossia da parte del tumore per con- trastare le condizioni non ottimali per la crescita. Il ruolo nell’angiogenesi tumorale è specifica del recettore da noi studiato, in quanto il propanololo (bloccante di 1e 2-AR) non altera i livelli di VEGF nelle cellule di melanoma B16F10 [116].

Nello studio in vivo sui tessuti del melanoma di topo, i risultati mostrano che l’e- spressione di 3-AR è presente sia sul tessuto tumorale che sulle cellule endoteliali, indicando che entrambe sono un target degli antagonisti del recettore in esame. La presenza dei 3-AR sulle cellule endoteliali è confermata da altri studi, essendo stata rilevata in diversi sistemi vascolari [114]. Il recettore da noi analizzato in questo stu- dio sembra avere un ruolo importante per la crescita tumorale e ciò sembra essere confermato anche dai nostri dati in vivo, in quanto si ottiene una riduzione significa- tiva del peso e del volume del tumore dopo trattamento con SR59230A o L-748,337. Questi dati sono simili a quelli ottenuti dopo la somministrazione del propanololo nei melanomi [115, 116, 117], indicando un coinvolgimento generale dei recettori - adrenergici nella crescita del tumore. Come evidenziato dai nostri risultati, il blocco di 3-AR induce una riduzione della crescita del tumore sia riducendo la proliferazio- ne cellulare sia incrementando l’apoptosi. Questi dati ci permettono di ipotizzare l’uso degli antagonisti di 3-AR come delle terapie coadiuvanti nel trattamento del melanoma. Gli effetti ottenuti permettono di ipotizzare che l’attivazione di 3-AR è coinvolta nella resistenza all’apoptosi, in linea con le osservazioni ottenute nelle retine dei topi trattati con NMDA, dove la morte per apoptosi delle cellule retiniche è ridotta dall’attivazione del recettore 3-adrenergico [80].

L’apoptosi nel melanoma può essere causata o da un’attivazione diretta dei mec- canismi apoptotici in seguito al blocco di 3-AR e/oppure dalla riduzione della va- scolarizzazione e dell’ apporto di nutrienti ed ossigeno. I dati ottenuti mostrano una significativa riduzione della vascolarizzazione del melanoma, tuttavia non so- no stati rilevati cambiamenti statisticamente significativi nell’espressione dei diversi fattori pro-angiogenici. Aver osservato un’elevata apoptosi nelle cellule endoteliali dopo il blocco del recettore 3 adrenergico sembra suggerire che la riduzione della vascolarizzazione non coinvolga i classici meccanismi anti-angiogenesi, ma sia dovu- ta esclusivamente all’apoptosi delle cellule endoteliali. In questa prospettiva, l’uso degli antagonisti di 3-AR assume un ruolo importantissimo per il trattamento del melanoma per la sua specifica azione sulle cellule endoteliali tumorali senza agire sull’equilibrio dei livelli dei fattori angiogenici, minimizzando gli effetti indesiderati. Oltre alla morte delle cellule endoteliali, anche altri fattori sembrano intervenire nella riduzione della rete vascolare tumorale. Per esempio la riduzione dell’espres- sione di AQP1, a seguito del blocco di 3-AR, è molto interessante alla luce degli ultimi studi che mostrano il ruolo di questa proteina come promotrice dell’angioge- nesi tumorale e della crescita tumorale nel melanoma[118]. Nel melanoma di topo indotto dall’inoculazione di cellule B16F10, AQP1 è espressa a livello delle cellule endoteliali e la sua inibizione danneggia l’angiogenesi e la crescita tumorale [105]. Pertanto, è possibile che gli effetti sulla riduzione della crescita del melanoma e del- la vascolarizzazione tumorale sono dovuti, in parte, alla down-regolazione di AQP1 provocata dal blocco del recettore. La mancanza di effetti sui livelli dei fattori an- giogenici in vivo (VEGF, FGF-2, IGF-1, Ang-2 ed Epo) sembra contraddire non solo la diminuzione del VEGF in condizione ipossica nelle cellule B16F10 trattate con SR59230A o L-748,337, ma anche il lavoro di Nicchia et al. (2013) in cui è stata rilevato un aumento dell’incidenza dei valori di VEGF in concomitanza con la ridu- zione dei livelli di AQP1 [105]. Un’ipotesi è che all’interno del melanoma trattato con gli antagonisti di 3-AR vi sia l’attivazione di vie di segnalazione contrastanti tra loro che promuovono ed inibiscono VEGF e, probabilmente, altri fattori. Infatti, l’ipossia causata dalla ridotta vascolarizzazione e dalla ridotta disponibilità di AQP1 indurrebbe un aumento dei livelli di VEGF, in contrasto con il blocco di 3-AR che ne provoca una riduzione. In pratica, in queste condizioni le molecole coinvolte nel- l’angiogenesi sono soggette ad influenze contrastanti che portano ad una situazione di stallo senza cambiamenti significativi.

I nostri risultati dimostrano un ruolo importante di 3-AR nella crescita tumorale ed il suo blocco può ridurre la crescita tumorale influenzando sia il tumore stesso sia le cellule endoteliali. In questo modo il trattamento con gli antagonisti di 3-AR potrebbe essere valutato come terapia coadiuvante, in grado di agire su più target per contrastare la crescita del melanoma. Chiaramente, l’estrapolazione dei risul- tati sul piano umano è difficile ed è perciò necessario effettuare ulteriori studi sul ruolo di 3-AR nel melanoma umano in modo tale da poter verificare se il recetto- re 3-adrenergico possa effettivamente essere considerato un target nella terapia del melanoma.

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