Actividad antimicrobiana y citotóxica de withanolidas y derivados. Agentes inductores de apoptosis

Resumen

Las withanolidas son lactonas esteroidales aisladas de géneros de la familia Solanaceae, que han recibido considerable atención debido a sus notables actividades biológicas incluyendo antitumoral y citotóxica, antibacteriana, antialimentaria e insecticida, antiinflamatoria, inmunomoduladora, quimiopreventiva del cáncer, entre otras. En la búsqueda de nuevos compuestos bioactivos, hemos evaluado la actividad antimicrobiana y citotóxica de 82 withanolidas, 29 de ellas naturales aisladas de Withania aristata y 53 obtenidas por semisíntesis, cuyas estructuras fueron establecidas sobre la base de análisis espectroscópicos y correlaciones químicas, asimismo llevamos a cabo una relación estructura-actividad de las moléculas y evaluamos la capacidad inductora de apoptosis frente a las células HeLa y HL-60 de las withanolidas de interés por su actividad citotóxica. Los resultados del estudio antimicrobiano mostraron que nueve withanolidas naturales y 16 derivadas exhibieron actividad frente a prácticamente todas las bacterias Gram-positivas ensayadas, siendo las withanolidas W10 y D46 las que mostraron los valores de CMI inferiores frente a las bacterias esporuladas. Todos los compuestos fueron inactivos frente a las bacterias Gram-negativas y la levadura C. albicans (>40 ¿g/ml). El estudio de la relación estructura-actividad reveló el papel importante que tiene el sistema 2-en-1-ona en el anillo A, el epóxido en C5-C6 y el sustituyente en C-27 del anillo lactónico en la acción antimicrobiana. En los ensayos de citotoxicidad llevados a cabo frente a cuatro líneas celulares tumorales: HeLa, A-549, MCF-7 y HL-60 y una no tumoral: Vero, encontramos que los derivados resultaron ser más potentes que los naturales con valores de CI50<5 µM. La línea HL-60 fue la más sensible a la acción de las withanolidas con valores promedio de CI50 entre 1 y 3 µM, mostrando un índice de selectividad (IS)>1. Por otra parte, cuatro de los productos naturales y uno de los derivados presentaron citotoxicidad selectiva frente a MCF-7. La presencia del sistema 2-en-1-ona en el anillo A, el epóxido C5-C6 y grupos funcionales diferentes a un grupo hidroxilo en C4 y/o C27 son requisitos estructurales en la actividad citotóxica. La inducción de apoptosis en las células HeLa por acción de W10, W11, W15, W19, D4, D6, D7, D18 y D46 fue dependiente de la concentración y tiempo de exposición. La condensación de la cromatina, la formación de cuerpos apoptóticos y los cambios morfológicos de membrana fueron evidenciados en las células teñidas con Hoechst 33342 y Anexina V/IP. Estas withanolidas indujeron la activación de caspasa-3 de células HeLa y la fragmentación de ADN fue observada como una única banda, mientras que en las células HL-60 se apreció una "escalera" de bandas multiméricas, típica de la apoptosis. Asimismo, la acción de los compuestos naturales y derivados en estudio sobre ambas líneas celulares produjo un aumento en el porcentaje de la población celular en la fase sub-G1, de manera dosis dependiente.