Relação entre o metabolismo energético e a melanogênese em células de melanoma (B16-F10)

Abstract

Resumo: A melanina é um polímero sintetizado nos melanócitos e derivado da reação de oxidação do aminoácido L-tirosina pela enzima tirosinase. Esse pigmento confere cor à pele, olhos e pelos e desempenha uma função fotoprotetora nas células epiteliais contra danos provocados pela radiação UV. Entretanto, estudos têm mostrado que a presença de melanina em melanoma está associada a diversos efeitos celulares, como inibição na respiração celular, diminuição na proliferação celular e aumento na produção de espécies reativas de oxigênio (ROS). Visando elucidar um mecanismo de resposta celular frente ao estímulo melanogênico, esse trabalho teve como objetivo geral verificar o papel da via melanogênica na alteração do metabolismo energético de células de melanoma B16-F10, com enfoque na glicólise aeróbica. Nesse trabalho, as células B16-F10, submetidas ao estímulo melanogênico, apresentaram aumento de danos mitocondriais, maior produção de ânion superóxido pela mitocôndria e indução no metabolismo glicolítico em detrimento à fosforilação oxidativa, compatíveis com a diminuição no consumo de oxigênio e aumento na produção de lactato. Essa mudança é acompanhada pelo acúmulo de Nrf2 e HIF-1a. Além disso, o comprometimento do metabolismo energético celular promoveu alterações no processo melanogênico e inibição na produção de melanina, provavelmente, devido a um desbalanço na produção de ATP, como demonstrado através da quantificação da produção de melanina nos mutantes B16-F10 GPi-KO e ATP5A1-KO, onde a glicólise e a fosforilação oxidativa estão comprometidas, respectivamente. Esses resultados mostram que as células de melanoma murino B16-F10 apresentam uma resposta de defesa frente ao estresse celular causado pelo estímulo melanogênico e aumento de ROS, alterando seu metabolismo energético em favorecimento ao metabolismo glicolítico, garantindo às células maior resistência a esses efeitos, assim como uma vantagem em ambientes adversos, como por exemplo, sob baixas concentrações de oxigênio, agregando um papel mais amplo ao processo de melanogênese no melanoma.

Abstract: Melanin is a polymer synthesized in melanocytes and derived from the oxidation reaction of the amino acid L-tyrosine by the tyrosinase enzyme. This pigment gives color to the skin, eyes and hair and performs a photoprotective function on the epithelial cells against damage caused by UV radiation. However, studies have shown that the presence of melanin in melanoma is associated with several cellular effects, such as inhibition of cell respiration, decreased cell proliferation and increased production of reactive oxygen species (ROS). Aiming to elucidate a mechanism of cellular response to melanogenic stimulation, this study aimed to verify the role of the melanogenic pathway in altering the energy metabolism of B16-F10 melanoma cells, focusing on aerobic glycolysis. In this study, B16-F10 cells submitted to melanogenic stimulation showed increased mitochondrial damage, higher production of superoxide anion by mitochondria and induction in glycolytic metabolism over oxidative phosphorylation, compatible with decreased oxygen consumption and increased production. lactate This change is accompanied by the accumulation of Nrf2 and HIF-1a. In addition, the impairment of cellular energy metabolism promoted changes in melanogenic process and inhibition of melanin production, probably due to an imbalance in ATP production, as demonstrated by quantifying melanin production in B16-F10 GPi-KO and ATP5A1-KO, where glycolysis and oxidative phosphorylation are impaired, respectively. These results show that B16-F10 murine melanoma cells show a defensive response to cellular stress caused by melanogenic stimulation and increased ROS, altering their energy metabolism in favor of glycolytic metabolism, ensuring cells greater resistance to these effects, thus as an advantage in harsh environments, such as under low oxygen concentrations, adding a broader role to the melanogenesis process in melanoma.