Molecular mechanism underlying the anti-tumoral activity of lactoferrin

Abstract

Lactoferrin (Lf) is an iron-binding glycoprotein found in many biological fluids, being particularly abundant in milk. Originally viewed as a milk protein involved in the regulation of iron homeostasis, Lf is now considered a multifunctional protein to which more and more physiological roles have been attributed. These include anti-tumoral, anti-microbial, immunomodulatory, among other properties. Regarding its anti-tumoral activity, Lf has been reported to be effective against a variety of human cancers both by in vitro an in vivo studies. Its well-tolerability has also been attested in some human clinical trials. Therefore, Lf administration is an emerging strategy in cancer therapeutics that is expected to become widespread. In this way, the elucidation of molecular mechanisms underlying Lf cytotoxicity to cancer cells has become an important research field. Although some cellular mechanisms have already been proposed such as apoptosis induction, cell cycle arrest, angiogenesis and metastasis inhibition, the true molecular mechanism remains elusive. In the present work, we aimed to unveil the mechanism of action and the cellular target(s) of Lf on cancer cells. For that purpose, three breast cell lines with different genetic backgrounds were used, namely an invasive, a non-invasive and a non-tumorigenic. In this study we focus on bovine Lf (bLf) as it has been considered a safe nutraceutical for various applications. Results showed that these cells exhibit different susceptibilities to bLf, which prompted us to implement several biochemical and analytical approaches, including flow cytometry, fluorescence microscopy and spectrofluorimetry in order to dissect the bLf’s target(s) and molecular mechanism operating in the sensitive cells. Results obtained throughout this work allowed us to identify a novel Lf activity and to propose a molecular mechanism regarding its antitumoral activity, which may have important implications on cancer therapeutics, particularly on the therapy of highly metastatic tumors.

A lactoferrina (Lf) é uma glicoproteína de ligação ao ferro encontrada em diversos fluídos biológicos, sendo particularmente abundante no leite. Originalmente descrita como uma proteína do leite envolvida na regulação da homeostasia do ferro, a Lf é atualmente considerada uma proteína multifuncional à qual têm sido atribuídas diversas funções fisiológicas. Estas incluem propriedades anti-tumorais, antimicrobianas, imunomoduladoras, entre outras. Relativamente à sua atividade antitumoral, a Lf foi descrita como eficaz contra uma variedade de cancros humanos em estudos realizados in vitro e in vivo. A sua boa tolerabilidade foi também demonstrada em alguns ensaios clínicos em humanos. Portanto, a administração de Lf constitui uma estratégia com elevado potencial na terapêutica do cancro, sendo expectável que se torne generalizada. Desta forma, a elucidação dos mecanismos moleculares subjacentes às suas propriedades anti-tumorais tornou-se um tópico importante de investigação. Embora tenham sido já propostos alguns mecanismos de ação, tais como a indução de apoptose, a paragem do ciclo celular, a inibição da angiogénese e da metastização, o mecanismo molecular preciso pelo qual esta proteína atua permanece desconhecido. O objetivo do presente trabalho consistiu em estudar o mecanismo de ação e os potenciais alvo(s) celular(es) da Lf nas células cancerígenas. Para esse efeito, foram utilizadas três linhas celulares de mama com diferentes características genéticas, nomeadamente, uma invasiva, uma não-invasiva e uma não-tumorigénica. Neste estudo, foi utilizada a Lf bovina (bLF) por ser considerada um nutracêutico seguro para várias aplicações. Os resultados mostraram que as linhas celulares apresentam diferentes sensibilidades à bLF, o que motivou a aplicação de diversas abordagens bioquímicas e analíticas, incluindo citometria de fluxo, microscopia de fluorescência e espectrofluorimetria, para dissecar o(s) alvo(s) e o mecanismo molecular de ação da bLf nas células sensíveis. Os resultados obtidos ao longo deste trabalho permitiram identificar uma nova atividade da Lf e propor um mecanismo molecular envolvido na sua atividade anti-tumoral, com implicações potencialmente importantes na terapêutica de cancro, particularmente na terapia de tumores altamente metastáticos.