Simplification measures in FP7

Las investigaciones sobre la genotoxicidad inducida por el arsénico, tanto in vivo como in

vitro, parecen demostrar que distintos modos de acción, como por ejemplo la capacidad de

inducción de anomalías cromosómicas, la inhibición de la capacidad de reparación del DNA, entre otros, están involucrados de forma directa o indirecta en este proceso. Probablemente, la interferencia con los mecanismos de reparación y la inducción de daño oxidativo sean los principales mecanismos relacionados con el potencial del arsénico como

agente comutagénico y como genotóxico indirecto (Rojas et al., 1999; Rossman, 2003;

Tchounwou et al., 2004; Tapio y Grosche, 2006).

Aunque el modo cómo el arsénico actúa sobre los mecanismos de reparación del DNA, tanto en bacterias como en mamíferos, no está totalmente dilucidado, existen numerosas evidencias de que el arsénico inorgánico y sus metabolitos interfieren en distintas etapas de

la reparación (Hartwig y Schwerdtle, 2002; Huang et al., 2004; Tapio y Grosche, 2006; Yu

et al., 2006). Siguiendo esta línea de investigación, se observó que lesiones genéticas en

células humanas inducidas por los mutágenos benzo(α)pireno y metil metanosulfonato

persistían al ser tratadas con CdSO4 y NaAs2, sugiriendo que estos compuestos interferían en la reparación del DNA (Hartmann y Speit, 1996). Más tarde, se observaron los efectos del arsénico trivalente sobre los sistemas de reparación por escisión de nucleótidos (NER) en fibroblastos humanos irradiados, corroborando así que la reparación global del genoma

y la reparación acoplada a la trascripción estaban alteradas (Hartwig et al., 1997).

Otros estudios indican que el arsénico, a concentraciones no citotóxicas, altera la reparación del DNA, reduciendo particularmente la actividad de la DNA ligasa (Li y

Rossman, 1989; Jha et al., 1992; Lynn et al., 1997). También se ha demostrado que el

arsenito tiene una gran capacidad para inhibir los pasos de ligación (reunión de roturas de

simple cadena) y la reparación post-replicativa del DNA (Lee-Chen et al., 1992,1994).

No obstante, Hu y colaboradores observaron que diversas enzimas de reparación del DNA

(polimerasa α, ligasa I y II) no se veían afectadas por el arsénico, concluyendo que éste no

inhibe directamente la actividad enzimática en los procesos de reparación. Asimismo, estos autores sugieren que los efectos causados por el arsénico pueden estar relacionados con alteraciones en los niveles celulares de iones reductores, en los pasos de transducción de

señales y, consecuentemente, en cambios de la expresión génica (Hu et al., 1998). Estos

resultados concuerdan con los obtenidos por Yager y Wiencke quienes demostraron que el

arsenito, a concentraciones muy bajas (5 μM), es capaz de inhibir la poli(ADP-ribosa)

(Yager y Wiencke, 1997). Se han obtenido resultados similares mediante la técnica de

inmunofluorescencia in situ, utilizando un anticuerpo monoclonal anti-poli(ADP-ribosa), y

evaluando concentraciones no citotóxicas de arsenito (Hartwig et al., 2003). Estos

resultados tienen una gran relevancia, considerando que la actividad enzimática de la PARP constituye la respuesta celular inmediata al daño genético y juega un papel importante en el mantenimiento de la integridad genómica. La reducción de esta actividad por el arsénico puede explicar, en parte, la clastogenicidad y el efecto inhibitorio del sistema de reparación por escisión de bases (BER), especialmente en los pasos de ligación y en la reparación de daños endógenos en el DNA.

La inducción de estrés oxidativo constituye otro importante factor modulador de la toxicidad, genotoxicidad y carcinogenicidad del arsénico. El origen del estrés oxidativo inducido está intrínsicamente relacionado con la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y de radicales libres, durante el proceso de metabolización del arsénico

inorgánico (Basu et al., 2001; Aposhian y Aposhian, 2006; Tapio y Grosche, 2006). Hay

que considerar que los compuestos de arsénico tienen una gran afinidad por los grupos tioles, también presentes en la GSH en su estado reducido y, por lo tanto, podrían llevar a

cambios en las funciones de protección celular contra el daño oxidativo (Yu et al., 2006).

Las especies reactivas de oxígeno, tales como el peróxido de hidrógeno, el anión superóxido y el radical hidroxilo, entre otras, pueden actuar de forma directa, produciendo roturas de simple y doble cadena en el DNA, sitios AP (apurínicos o apirimidínicos) o actuar de forma indirecta en diferentes etapas del proceso de carcinogénesis (Wang y

Huang, 1994; Thomas et al., 2001; Kitchin y Ahmad, 2003; Tapio y Grosche, 2006).

Por otro lado, numerosos estudios apuntan que el uso de antioxidantes puede reducir de forma significativa los efectos tóxicos del arsénico. Generalmente los antioxidantes incluyen enzimas (SOD - superóxido dismutasa, catalasa, GPx - glutation peroxidasa), captadores de radicales libres y metales quelantes, entre otros. A parte de estos, existe también la N-acetil-cisteína (NAC), que es un compuesto que contiene un grupo tiol y parece ser un potente antioxidante en la inhibición del daño inducido por el arsénico trivalente (Shi et al., 2004).

En un estudio realizado por Nordenson y Beckman, se observó que la presencia de las enzimas antioxidantes SOD y catalasa, inhibía la inducción de SCE en cultivos de

linfocitos humanos tratados con arsénico (Nordenson y Beckman, 1991). Resultados similares se han obtenido al comprobarse que la adición de catalasa inhibía completamente la inducción de MN por el arsenito, en una línea celular de hámster sensible a los radicales libres (Wang y Huang, 1994). Otros estudios también han podido detectar una correlación

positiva entre diferentes tipos de antioxidantes y reducción del daño (Wong et al., 1998;

Goering et al., 1999; Petrick et al., 2000; Styblo et al., 2000). En el caso específico de la

NAC, se ha detectado que tiene un gran efecto protector, siendo incluso capaz de intervenir eliminado las vías de activación de los mecanismos de apoptosis inducidos por el arsénico y la generación de ROS (Drinkwater, 1990; Drinkwater y Bennett, 1991).

De un modo general, estos resultados indican que los sistemas antioxidantes, intra o extracelulares, actúan de forma efectiva en la defensa contra el daño genotóxico inducido por el arsénico y sus metabolitos. Además, también vienen a corroborar que los mecanismos implicados en la inducción de estos daños se encuentran mediados por la producción de ROS.

En células tratadas con arsénico también se han podido observar incrementos en los niveles de GSH, ferritina y hemeoxigenasa (HO), que son parámetros indicadores de la presencia de estrés oxidativo (Rossman, 2003). El incremento de HO, por ejemplo, se ha observado en una gran variedad de líneas celulares humanas y de animales tratados con arsénico (Lee y Ho, 1994, 1995; Rea et al., 2003; Zheng et al., 2003).

La presencia de estrés oxidativo inducido por el arsénico también es evidente en los

estudios epidemiológicos (Matsui et al., 1999; Tapio y Grosche, 2006). En un estudio

llevado a cabo con una población expuesta al arsénico a través del agua de consumo, por ejemplo, se ha confirmado una correlación positiva entre exposición crónica al arsénico y

estrés oxidativo (Pi et al., 2002). Se observó también una reducción en la producción de

NO y la inhibición de NOS que, a su vez, causa una disminución de la síntesis de GSH

debido a una limitada tasa de la enzima γ-GCS. Además, la inducción de estrés oxidativo

se detectó por el aumento de los niveles de LPO y por la reducción de sulfidrilos no proteícos (NPSH), GSH entre otros; ambos asociados con altos niveles de arsénico y de sus productos metilados en sangre (fig. 4).

NOS/NO: óxido nítrico sintetasa/óxido nítrico; LPO: nivel de lípidoperoxidasa; NPSH: niveles de sulfidrilos no protéicos; γ- GCS: γ-glutamil-cisteinasintetasa.

As Superproducción de ROS LPO Reducción y metilación GSH reductasa NPSH NOS/NO γ-GCS Otras antioxidasas o antioxidantes

Fig. 4. Mecanismos de inducción de estrés oxidativo por arsénico (Pi et al., 2002).

Es evidente que la exposición al arsénico está asociada con la alteración de los niveles redox intracelulares, resultando así en la inducción del estrés oxidativo. Cuando los niveles de estrés oxidativo presentes son bajos, se mantiene la homeostasis celular y se produce la activación de factores de transcripción que protegen contra la carcinogénesis. Al contrario, los niveles altos, además de producir daño oxidativo, están asociados a alteraciones en los sistemas inmune y cardiovascular y a la inactivación de factores de transcripción

involucrados en la carcinogénesis (Del Razo et al., 2001).

Los niveles elevados de estrés oxidativo también están asociados a una elevada expresión de proteínas de estrés, que representan un mecanismo de defensa celular en caso de condiciones adversas. Estas proteínas constituyen una gran familia que incluyen las Hsp (heat shock proteins), MT (metalotioninas) y UB (ubiquitinas), entre otras. Se ha

observado en diferentes estudios, in vitro e in vivo, que el arsénico tiene la capacidad de

modular la expresión y/o acumulación de estas proteínas, siendo el arsénico inorgánico (III) el mayor inductor de Hsp en diferentes órganos y sistemas. La expresión de las Hsp está regulada por un complejo sistema de señales que están involucradas en los

mecanismos de muerte celular y carcinogénesis (Albores et al., 1992; Romach et al., 2000;

Finalmente, cabe destacar también que el arsénico posee la capacidad de alterar los patrones de mutilación y del ciclo celular, interferir en los índices de división mitótica y en los niveles de expresión de p53, entre otros. Parece ser que el estrés oxidativo puede influir de forma directa o indirecta en todos estos procesos y, por lo tanto, juega un papel importante en la genotoxicidad y carcinogenicidad del arsénico (Vogt y Rossman, 2001;

Rossman, 2003; Huang et al., 2004; Tapio y Grosche, 2006).