Avaliação do efeito do micronutriente ferro (Fe) na viabilidade celular e estabilidade genômica de culturas celulares de fibroblasto pulmonar (MRC5) e hepatorcarcinoma (HepG2) humanos

Abstract

Micronutrientes, vitaminas e minerais, são indispensáveis para as vias de metabolismo do DNA e, além disso, são tão importantes para a manutenção da vida quanto os macronutrientes. Na ausência dos nutrientes adequados, a instabilidade genômica compromete a homeostase, ocasionando doenças crônicas e certos tipos de câncer. Meios de cultura celular tem por finalidade mimetizar o ambiente in vivo, proporcionando aos modelos in vitro condições adequadas para que se avalie a resposta celular aos diferentes estímulos. O artigo de revisão sumariza e discute os micronutrientes usados na suplementação das culturas celulares e sua influência na a viabilidade celular e a estabilidade genômica, focando nos estudos in vitro previamente realizados. Nestes estudos, os meios de cultura celular incluem certas vitaminas e minerais em concentrações distintas das fisiológicas in vivo. Em muitos meios de cultura comumente usados, a única fonte de micronutrientes é o Soro Fetal Bovino (SFB), o qual contribui com 5-10% da composição final do meio. Atenção insuficiente tem sido direcionada à composição de SFB, micronutrientes e culturas celulares como um todo, ou à influência de micronutrientes na viabilidade e genética de culturas celulares. Estudos adicionais avaliando melhor o papel de micronutrientes no nível molecular e a sua influência na estabilidade genômica de células ainda se fazem necessários. O micronutriente foco dessa tese é o Ferro (Fe), que por sua vez é um micronutriente essencial, sendo requerido para o crescimento, desenvolvimento e condições normais de funcionamento das células. Tanto seu excesso quanto a sua deficiência podem causar estresse oxidativo e dano ao DNA. Uma vez que os meios de cultura usualmente utilizados para culturas celulares têm níveis de Fe abaixo das concentrações encontradas no soro fisiológico humano, os objetivos deste estudo foram a avaliação do papel da suplementação com Fe na viabilidade celular, na produção de espécies reativas de oxigênio (ERO), na atividade da catalase, na integridade genômica, na expressão de proteínas de reparo de DNA que contém clusters Fe/S em sua estrutura (TFIIH e MutyH) e na expressão de receptores de absorção de Fe (CD71 e Nramp2). Duas linhagens celulares – MRC5 (fibroblasto pulmanar humano) e HepG2 (hepatocarcinoma) - e dois tipos de suplementação com Fe foram utilizados, holo-Transferrina (h-Tf) e FeSO4. Ambas suplementações foram capazes de aumentar os níveis intracelulares de Fe e a viabilidade genômica. A suplementação com Fe também aumentou a formação de ERO, sem alterar a atividade da catalase. No entanto, este aumento de ERO não foi acompanhado por genotoxicidade. No que se refere à expressão de proteínas de reparo ao DNA, os resultados sugerem que o pré-tratamento com h-Tf ou FeSO4 não exercem influência direta na expressão de TFIIH ou MutyH. Entretanto, na expressão de receptores de Fe, os resultados preliminares indicam que CD71 é uma via prioritária de absorção de Fe, estando relacionada com a homeostase de Fe, enquanto Nramp2 parece ter um papel secundário. Devido à importância fisiológica da h-Tf na homeostase do Fe e o acúmulo de ERO menos pronunciado, sugere-se que h-Tf seja uma melhor forma para a suplementação de Fe nas culturas in vitro. Estudos adicionais se fazem necessários para a melhor elucidação do papel do Fe na viabilidade celular e estabilidade genômica.

Micronutrients, including minerals and vitamins, are indispensable to DNA metabolic pathways and thus are as important for life as macronutrients. Without the proper nutrients, genomic instability compromises homeostasis, leading to chronic diseases and certain types of cancer. Cell-culture media try to mimic the in vivo environment, providing in vitro models used to infer cells’ responses to different stimuli. The review summarizes and discusses studies of cellculture supplementation with micronutrients that can increase cell viability and genomic stability, with a particular focus on previous in vitro experiments. In these studies, the cell-culture media include certain vitamins and minerals at concentrations not equal to the physiological levels. In many common culture media, the sole source of micronutrients is fetal bovine serum (FBS), which contributes to only 5-10% of the media composition. Minimal attention has been dedicated to FBS composition, micronutrients in cell cultures as a whole, or the influence of micronutrients on the viability and genetics of culture cells. Further studies better evaluating micronutrients’ roles at a molecular level and its influence on the genomic stability of cells is still required. The micronutrient focus on this thesis is Iron (Fe), which is an essential micronutrient and is required for growth, development, and normal cellular functioning. Either excess or deficiency of iron can cause oxidative stress and DNA damage Since the cell media commonly used for cell culture has a lower iron concentration than the human serum, this study aimed to evaluate the role of iron supplementation on viability, reactive oxygen species (ROS) production, catalase activity, genome integrity and the expression of iron-bearing DNA repair proteins (TFIIH and MutyH) and proteins associated with iron absorption (CD71 and Nramp2). Two human cell lines – MRC5 (normal lung fibroblast) and HepG2 (hepatocellular carcinoma) and 2 sources of iron - holo-Transferrin (h-Tf) or FeSO4 were used. Both iron supplements were able to increase intracellular iron levels and cell viability. Iron supplementation increased the formation of ROS, but did not alter catalase activity. However, this increase was not accompanied by genotoxicity. Regarding the DNA repair protein expressions, the results suggest that 24h pre-treatment with h-Tf or FeSO4 has no role in the TFIIH or MutyH expressions. Although, in iron receptor proteins expression, the preliminary data could indicate that CD71 is priority related with Fe homeostasis while Nramp2 seems to have a secondary role. Due to h-Tf physiological role in the iron homeostasis and the less pronounced ROS accumulation, h-Tf could be a better iron supplier in vitro. Additional studies are still required to better elucidate the role of Fe in cell viability and genomic stability.