La diabetis i el càncer són algunes de les malalties més prevalents de la societat occidental, ambdues caracteritzades per presentar greus alteracions metabòliques que dificulten el manteniment d'una bona qualitat de vida. En l'actualitat, s'han potenciat els estudis científics per tal de demostrar les propietats beneficioses que presenten alguns dels components que formen part de la nostra dieta i el seu possible potencial terapèutic per fer front a determinades malalties. L'objectiu principal d'aquesta tesi doctoral ha estat l'estudi de l'efecte d'una varietat de nutracèutics com a estratègia terapèutica davant dues situacions catabòliques: la diabetis mellitus de tipus 2 i la caquèxia associada al càncer. Les aproximacions experimentals han consistit, per una banda en la valoració de l'efecte de l'àcid eicosapentaenoic (EPA), àcid omega-3 present en l'oli de peix, en rates Goto-kakizaki (model espontani de diabetis de tipus 2). I per altre banda, en l'estudi del potencial terapèutic de diferents nutracèutics com ara el resveratrol (present al vi), la genisteïna (isoflavona de la soja), el galat d'epigalocatequina i la teofil·lina (del te verd) i el sulfur d'al·lil (component organosulfurat de l'all) en la caquèxia cancerosa. Per a dur a terme aquest últim estudi vam realitzar una primera aproximació in vitro en cèl·lules musculars de la línia C2C12, que van ser sotmeses a un model d'hipertèrmia puntual provocant una sobre activació dels sistemes proteolítics, especialment el sistema dependent d'ATP i ubiquitina, de forma similar al que succeeix en situació de caquèxia. I a continuació, una segona aproximació in vivo utilitzant dos models tumorals altament caquèctics, com són l'hepatoma ascític de Yoshida AH-130 i el carcinoma pulmonar de Lewis. Els resultats obtinguts suggereixen que l'EPA podria estar millorant la sensibilitat a la insulina ja que vàrem observar una disminució dels nivell de l'hormona circulants, un augment de la captació de glucosa, i un augment de l'expressió de GLUT4 i de l'AMPK. Alhora vam poder observar una menor oxidació dels àcids grassos i una major acumulació d'aquests en el teixit adipós, fet que suggereix una major utilització de glucosa com a substrat energètic. L'EPA també va provocar millores significatives en l'estat inflamatori associat a la diabetis. En relació a l'efecte dels diferents nutracèutics en la caquèxia, vam observar com tots ells eren capaços de disminuir de forma significativa la taxa proteolítica in vitro, però només la teofil·lina i possiblement el sulfur d'al·lil van mostrar un efecte anticaquèctic. A més vam obtenir un clar efecte antimetastàsic del resveratrol. / Diabetes and cancer are among the most prevalent diseases in Western societies. Both pathologies are characterized by severe metabolic disturbances which affect the patient's quality of life. Currently, there is a growing scientific interest on the beneficial properties of several nutraceuticals present in the diet, as well as on their possible therapeutic potential against some diseases. The main objective of this Thesis has been to study the effects of a variety of nutraceuticals as potential therapeutic strategies against two catabolic conditions: type-2 diabetes mellitus and cancer cachexia. The experimental approaches have included the study of the effects of eicosapentaenoic acid (EPA) on Goto-Kakizaki diabetic rats (a spontaneous type 2 diabetes model) and, on the other hand, to test the therapeutic potential of different nutraceuticals (resveratrol, genistein, epigallocatechin gallate, theophylline and allyl sulphide) on cancer cachexia. To carry out this last study, we used two experimental approaches. Firstly, an in vitro approach using a muscle cell line (C2C12), subjected to a punctual hyperthermia model which causes an activation of proteolysis in a similar way to what happens during cachexia. Secondly, an in vivo study on two tumour-bearing animal models: the rat bearing the Yoshida AH-130 ascites hepatoma, and the mouse bearing the Lewis lung carcinoma. The obtained results suggest that EPA may improve insulin sensitivity in the diabetic rats, it causes a decrease in circulating hormone levels while glucose uptake, the expression of GLUT4 and AMPK levels increase. At the same time, a decreased fatty acid oxidation and an accumulation of fatty acids in adipose tissue were observed, suggesting an increase in glucose utilization as an energetic substrate. The EPA treatment also resulted in an improvement of the inflammatory state associated with diabetes. Concerning the effects of the different nutraceuticals in cancer cachexia, we observed that all of them were able to decrease the proteolytic rate measured in vitro, but only theophylline, and possibly allyl sulphide, showed a significant in vivo anticachectic action. In addition, we also obtained a clear anti-metastatic effect using resveratrol. / Nutraceuticals: Therapeutic involvement in cancer cachexia and diabetes

Durant certes situacions catabòliques, com el càncer o la sèpsia entre d'altres, es dóna un fet comú que és la pèrdua de massa muscular. En el nostre grup d'investigació s'ha estudiat en profunditat el desgast muscular associat a la síndrome de la caquèxia. Així, s'ha identificat el sistema proteolític dependent d'ATP i ubiquitina com a mecanisme que participa en l'activació de la proteòlisi muscular. A més, s'han identificat determinades citocines, particularment el TNF-alfa, elements promotors del desenvolupament de la síndrome de la caquèxia cancerosa.L'objectiu d'aquesta tesi doctoral ha estat aprofundir en el coneixement dels mecanismes responsables de la pèrdua de massa muscular en diversos estats patològics. En concret, el paper del TNF-alfa en la caquèxia cancerosa, sèpsia i MPOC (malaltia pulmonar obstructiva crònica) i el possible potencial terapèutic de la citocina anabòlica IL-15.Les aproximacions experimentals utilitzades han estat les següents: d'una banda, per l'estudi de la caquèxia cancerosa, vàrem utilitzar el model tumoral de l'hepatoma ascític Yoshida AH-130 en rata, i biòpsies musculars de pacients amb càncer de pàncrees. Per altra banda, també s'han utilitzat biòpsies musculars de malalts MPOC. Així mateix, es va emprar un model de sèpsia en rata.D'aquest estudi es va concloure:1. En la síndrome de la caquexia s'observa una pèrdua de proteïna muscular alhora que un procés apoptòtic actiu mesurat com a fragmentació del DNA. Aquest darrer fet ha estat demostrat en dues situacions patològiques on es dóna aquesta síndrome: càncer (model de l'hepatoma Yoshida AH-130 i càncer de pàncrees humà) i sèpsia.2. El TNF-alfa està implicat en la inducció de l'apoptosi en múscul esquelètic donat que el tractament amb rolipram reverteix parcialment la fragmentació del DNA observada en rates sèptiques.3. L'augment de l'expressió muscular dels receptors de TNF-alfa així com l'increment de la relació Bax/Bcl-2 (detectat en càncer experimental) serien mecanismes implicats en la inducció de l'apoptosi i indicarien una major sensibilitat del múscul esquelètic a les accions catabòliques del TNF-alfa.4. En el model experimental de caquèxia cancerosa s'observa un increment de la carbonilació de proteïna muscular, alhora que un augment en el contingut de iNOS i de les UCPs. Aquests fets posen de manifest que el múscul esquelètic pateix estrés oxidatiu durant el procés de caquèxia.5. Els malalts MPOC presenten uns nivells musculars de glutatió reduït (GSH) inferiors als individus sans, fet que és més acusat a mesura que disminueix l'índex de massa corporal. En aquests malalts s'observa un augment de l'expressió muscular de la gamma-GCS que podria actuar com a mecanisme compensatori dels baixos nivells de GSH. L'estrés oxidatiu muscular detectat en malalts MPOC podria ser el responsable de l'augment de l'expressió gènica de TNF-alfa observada a múscul esquelètic.6. En individus sans, el programa d'entrenament millora el seu estat rèdox muscular mentre que en malalts MPOC no es millora sino que l'estrés oxidatiu muscular és més acusat.7. La IL-15 es comporta clarament com una citocina anabòlica a nivell de múscul esquelètic exercint les següents accions: reverteix la degradació proteica i bloqueja l'apoptosi.8. Els mecanismes associats a les accions terapèutiques de la IL-15 es podrien explicar a nivell de la normalització de l'expressió dels receptors de TNF-alfa i a la inhibició de l'activació del sistema proteolític dependent d'ATP i ubiquitina a múscul esquelètic alhora que disminueix la proteïna iNOS i augmenta l'expressió de UCP2 i UCP3 contrarrestant l'estrés oxidatiu en aquest teixit.

La caquexia es un síndrome frecuentemente asociado al crecimiento tumoral, así como también a otros estados patológicos como son sepsis, SIDA (síndrome de inmunodeficiencia adquirida), diabetes, etc. La caquexia se caracteriza por una importante y progresiva pérdida de peso corporal debida principalmente a la desaparición de las reservas de grasa y a la disminución de masa muscular. Está acompañada también de anorexia, náuseas, astenia, debilidad, alteración de la homeostasis hormonal e inmunodepresión.Sobre los factores de transcripción que podrían estar involucrados en el proceso de desgaste muscular observado en la caquexia (in vivo), se sabe muy poco, pero aparecen algunos factores como posibles candidatos tanto en el desencadenamiento como en la regulación de este proceso. NF-kappa-B y AP-1 son dos factores de transcripción que están activados en distintos tejidos en procesos inflamatorios. Se ha descrito que NF-kappa-B y AP-1 tienen una regulación diferencial en músculo esquelético de rata durante el proceso de sepsis. El mismo grupo ha determinado que C/EBP, otro factor de transcripción involucrado en el proceso de inflamación, aumenta su actividad de unión al DNA en músculo de ratas sépticas, y que este proceso es dependiente de glucocorticoides.Los objetivos de este estudio son: 1) analizar la regulación de algunos factores de transcripción en el músculo esquelético durante la caquexia inducida por el crecimiento tumoral. 2) revertir el desgaste muscular asociado al crecimiento tumoral mediante estrategias basadas en factores de transcripción desde un punto de vista farmacológico. 3) aproximaciones a una terapia contra la caquexia mediante un adenovirus para la transferencia génica de un dominante negativo de AP-1. Los resultados obtenidos nos permiten concluir que el factor de transcripción AP-1 presenta una regulación diferencial en el músculo esquelético durante el crecimiento tumoral, lo que sugiere que este factor está implicado en el desarrollo de la caquexia asociada al cáncer. Por el contrario, otros factores de transcripción estudiados (NF-kappa-B, C/EBP y Sp-1) no parecen estar implicados directamente en el desarrollo del proceso caquéctico, al menos a nivel muscular. El factor miogénico MyoD presenta importantes cambios en sus niveles en el músculo esquelético de diferentes modelos experimentales de tumores caquécticos, así como en el músculo de pacientes con cáncer de páncreas. La administración aguda de LPS a ratas también afecta marcadamente los niveles musculares de MyoD. Estos datos sugieren una implicación de dicho factor en el desarrollo de la caquexia asociada al crecimiento tumoral y otros procesos patológicos. La administración de SP100030, inhibidor de NF-kappa-B y AP-1, logra revertir parcialmente los efectos asociados al crecimiento del hepatoma ascítico Yoshida AH-130. Este efecto está asociado a una inhibición de la actividad de unión de AP-1 al DNA, un aumento en la expresión de MyoD, y una disminución en la proteólisis muscular. El tratamiento con GW1929, agonista de PPAR-gamma, induce una recuperación en el peso de los músculos extensor digitorum longus de ratones portadores de carcinoma pulmonar de Lewis, asociado a un restablecimiento de los niveles de MyoD. Este compuesto también induce una disminución en la proteólisis de estos músculos in vitro. La sobreexpresión de Tam67, dominante negativo de AP1, revierte totalmente los efectos causados por la adición de TNF-alfa al medio de cultivo de mioblastos C2C12 en diferenciación. Este efecto es producido por el restablecimiento del programa de diferenciación muscular, mediado por una disminución de ciclina D1, una recuperación de los niveles de MyoD y un aumento de la proteína MHC en estas células. La transferencia génica in vivo de dominante negativo de AP-1 Tam67 mediante adenovirus, produce una recuperación en el peso de los músculos y una atenuación en la caída de los niveles de MyoD en el músculo gastrocnemius de animales portadores de tumor. / (ENGLISH)One of the most common manifestation of advanced malignant disease is the development of cancer cachexia. Indeed, cachexia occurs in the majority of cancer patients before death, and it is responsible for the death of 22% of cancer patients. The abnormalities associated with cancer cachexia include anorexia, weight loss, muscle loss and atrophy, anemia and alterations in carbohydrate, lipid and protein metabolism. The degree of cachexia is inversely correlated with the survival time of the patient and it always implies a poor prognosis. Perhaps one of the most relevant characteristics of cachexia is that of asthenia (or lack of muscular strenght), which reflects the important muscle waste that takes place in the cachectic cancer patient. Asthenia is also characterized by a general weakness as well as physical and mental fatigue. In addition, lean body mass depletion is one of the main trends of cachexia and it involves not only skeletal muscle but it also affects cardiac proteins, resulting in important alterations in heart performance.Little is known about the transcription factors that may be involucrated in cancer cachexia at the level of skeletal muscle. Among the main candidates that could have a role in such pathological state are nF-kB abd AP-1. These two transcription factors have already been involucarted in skeletal muscle during sepsis. The objectives of the present study were: 1) to analyze the regulation of some transcription factors in skeletal muscle during cancer cacchexia. 2) reverse muscle wasting associated with tumour burden using strategies based on transcription factors. 3) to introduce an approximation to a therapy against cachexia based on the introduction of an adenovirus using the gene transfer of a dominant negative of AP-1.The results obtained clearly demonstrate that while AP-1 and Myo D are clearly associated with muscle wasting during cancer cachexia, others such as NF-kB,C/EBP and Sp-1 do not seem do be involved.Daily treatment of rats bearing the cachectic Yoshida AH-130 ascites hepatoma with the double inhibitor (NF-kB and AP-1) SP 100030 at a dose of 1 mg/kg of body weight resulted in a clear amelioration of the cachectic effect, especially at the level of skeletal muscle. Thus, tumour-bearing rats treated with SP100030 showed a significant recovery in the weights of gastrocnemius, EDL, tibialis and cardiac muscles. In addition, treatment with the inhibitor also affected both liver and kidney weights. The amelioration in muscle weight was accompanied by an increase in MyoD gene expression -the main transcription factor of muscle tissue involved in muscle differentiation-- in gastrocnemius muscle. At the dose used in this study SP 100030 was an effective inhibitor of AP-1, however, the nF-kB transcription factor was not affected. Interestingly, the effects of the inhibitor seem to be at the level of proteolysis since lower total proteolytic rates were found when incubating of isolated rat muscles in the presence of SP100030. Interestingly, the inhibitor influenced the gene expression of the E2 enzyme in skeletal muscle of tumour-bearing rats; this protein seems to be the main regulator of the activity of the main proteolytic system during cancer cachexia, the ubiquitin-proteasome system. In conclussion, treatment of cachectic tumour-bearing rats with SP 100030 results in an amelioartion of the muscle wasting effect suggesting that the AP-1 signalling cascade plays a very important role in the signalling of muscle wasting associated with disease.The aim of the overexpression of TAM-67 study was to investigate a possible role of the AP-1 signaling cacscade in the process of wasting associated with cancer cachexia at the level od skeletal muscle. Bearing this in mind, an experimental design involucrating adenoviral trasnduction of the TAM-67 protein -a blocker of the AP.1 protein was used in both in vivo and in vitro experimental setups. Interestingly, the injection of virus expressing the TAM-67 protein to tumour-bearing rats, resulted in a significat recovery of the muscle mass -which is dramatically reduced as a result of tumour burden--, therefore suggesting that AP-1 is certainly involved in the signalling associated with muscle protein accretion. Although, several mediators have been suggested for the muscle wasting associated with cancer cachexia, many investigations suggest an important role for TNF (Tumour Necrosis factor). Indeed, addition of TNF to C2C12 cells resulted in a decreased content of both MyoD and MHC. Interestingly, in this muscle cell system, it was also observed that blockage of the AP-1 signalling cascade buy means of adenovirus (containing TAM-67) infection resulted in an improvement in the amount of myofibrillar protein (MHC) following TNF treatment, therefore suggesting that AP-1 signalling is involved in the intraceellular action of the cytokine oin skeletal muscle. In fact, from the results presented here, it may be suggested that AP-1 is involved in skeletal muscle proliferation since blocking the trancription factor sems to lead to an increased differentiation. In conclussion, the gene therapy approach presented here clearly suggests an important role for AP-1 in muscle signalling during catabolic states and may constitute the basis for a future sucessful therapeutic approach.

Els trastorns de la conducta alimentària (TCA) tenen una etiologia complexa en la que hi intervenen factors de predisposició socioculturals, ambientals i genètics. S'ha aprofundit en les bases moleculars dels TCA mitjançant estudis en pacients i en models murins. S'ha descrit una alteració en la concentració de BDNF en plasma de pacients, una correlació d'aquests nivells amb trets psicopatològics, i una associació de determinats polimorfismes a bulímia nerviosa i als nivells de BDNF en plasma. Un estudi d'associació en vàries poblacions ha demostrat una forta associació de variants del gen NTRK3, amb epistasi amb NGF, a TCA. Un model de sobreexpressió de BDNF confirma el seu paper en la regulació del pes corporal i estableix un possible vincle entre BDNF i la fisiopatologia de les tremolors. La caracterització del ratolí anx/anx suggereix que pot ser un model de la síndrome caquètica que acompanya malalties com el càncer, la SIDA o les malalties autoimmunitàries. / Eating disorders (ED) are complex disorders were environmental, sociocultural and genetic factors are involved. We have improved the knowledge of the genetic basis of ED through studies involving ED patients and murine models. Altered BDNF blood levels have been linked to ED and its related psychopathological traits. In addition several polymorphisms in the BDNF gene have been associated to bulimia nervosa and BDNF plasma levels. A family based association study has shown a strong association of NTRK3 variants to ED which show epistasis with NGF. The generation of an overexpression mouse model for BDNF confirms its role in body weight regulation and establishes a possible link between BDNF and the pathophysiology of tremors. The characterization of the anx/anx mouse model suggests that it may be a good model for the cachexia syndrome that accompanies certain chronic or inflammatory diseases such as cancer, AIDS or autoimmune diseases.