La toxicidad hepática y los desordenes metabólicos son los principales efectos adversos asociados al tratamiento farmacológico de la infección con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). El Efavirenz (EFV) es el miembro de la familia de los inhibidores de la transcriptasa inversa no análogos de nucleósidos (ITINAN) más ampliamente utilizado en el tratamiento del VIH. Su uso ha sido asociado con el desarrollo de diversos efectos adversos, entre ellos la hepatotoxicidad, pero los mecanismos celulares y moleculares responsables de su aparición aún no han sido caracterizados, aunque algunos trabajos recientes vinculan su toxicidad con disfunción mitocondrial. En esta tesis, describimos un mecanismo agudo de citotoxicidad por EFV empleando un modelo in vitro de células hepáticas humanas expuestas a concentraciones del fármaco clínicamente relevantes (entre 5 y 50 µM). El tratamiento con EFV afectó directamente la función mitocondrial de manera reversible, incluyendo disminución del potencial de membrana y un incremento en la producción de especies reactivas de oxigeno (ERO) de origen mitocondrial, seguido por una reducción en el contenido de glutatión. Además el tratamiento con EFV redujo la viabilidad y la proliferación celular y activó los programas de muerte celular, observándose la producción de apoptosis con la concentración de 50 µM. La disfunción mitocondrial en las células tratadas con EFV fue acompañada con un incremento en la masa mitocondrial y defectos en la morfología de estas organelas. También se pudo detectar la presencia de la degradación autofágica, específicamente la mitofagia, con la particularidad de que concentraciones moderadas de EFV inducen degradación mitofágica asociada con la supervivencia celular, mientras que concentraciones elevadas inducen un bloqueo en el flujo autofágico, causando estrés autofágico, fenómeno que puede explicar el incremento en la masa mitocondrial. Los efectos deletéreos de EFV fueron parcialmente revertidos por el tratamiento con el antioxidante Trolox, lo que sugiere que la generación de ERO está involucrada por lo menos parcialmente en su toxicidad. Al analizar el efecto del EFV sobre una micromatriz de genes relacionados con estrés y toxicidad, encontramos que EFV modifica principalmente la expresión de genes relacionados con i) estrés metabólico, ii) estrés oxidativo e iii) inflamación. El tratamiento con EFV también indujo estrés de retículo endoplasmático (RE), que fue acompañado por la respuesta a proteínas no plegadas; esto se pudo ver por el incremento en los principales marcadores de este tipo de estrés como CHOP, GRP78, la fosforilación de eIF2a y el procesamiento de XBP1; además, el tratamiento con EFV también incrementó el contenido de calcio citosólico. La respuesta al estrés de RE generada por el EFV fue notablemente atenuada en células Rho0, que carecen de mitocondrias funcionales, lo que vincula directamente a la mitocondria con este tipo de respuesta. Un hecho destacable acerca del efecto del EFV sobre el RE y su relación con la mitocondria, es que aunque induce estrés de RE, lo hace por un mecanismo diferente al observado con un inductor típico de este tipo de estrés como es la tapsigargina.

Efavirenz (EFV) is the most commonly employed Non-nucleoside Reverse Transcriptase Inhibitor within the current therapy of HIV infection. This drug is related to several side effects including hepatotoxicity, whose cellular mechanisms are still unclear. Recent in vitro studies have suggested the involvement of mitochondrial dysfunction in EFV-induced hepatotoxicity. In the present work, we have described an acute mechanism of cytotoxicity induced by EFV in human liver cells exposed to clinically relevant drug concentrations. EFV treatment induced a direct and reversible alteration of mitochondrial function, reducing mitochondrial membrane potential and enhancing the production of reactive oxygen species (ROS) in this organelle, and leading to a decrease in glutathione content. Exposure to EFV also diminished the viability and proliferation of hepatic cells, and activated cell death programs, inducing apoptosis with the concentration of 50 µM. Mitochondrial dysfunction in EFV-treated cells was accompanied with an increase in mitochondrial mass and defects in the morphology of these organelles. Also, it was found that moderate concentrations of EFV induce cell survival-promoting mitophagy, whereas high concentrations induce blockage in the autophagy flow, which may explain the increase in mitochondrial mass. In addition, the evaluation of the effects of EFV on the expression of a group of genes related to stress and toxicity through a microarray analysis showed that EFV modifies the expression of several genes related to metabolic stress, oxidative stress and inflammation. Furthermore, it induced endoplasmic reticulum (ER) stress, accompanied by the unfolded protein response (UPR), demonstrated by evaluation of the major molecular markers of this type of stress, including an increase in the cytosolic calcium level. The effect generated by EFV regarding ER stress/UPR was significantly attenuated in Rho0 cells, which lack functional mitochondria, directly linking mitochondria with this kind of response. Remarkably, the effects of Efavirenz on the ER, and particularly in regard to the mitochondrial involvement, differed from those elicited by thapsigargin, a standard inductor of ER stress. The cellular modifications described in this work may be relevant for better understanding of the clinical manifestations regarding liver hepatotoxicity in patients undergoing EFV-containing therapy.