Las especies de hongos del género Fusarium sintetizan una amplia gama de micotoxinas muy variada química y estructuralmente. La zearalenona (ZEA) constituye uno de los grupos más grandes de micotoxinas producidas por Fusarium, que son los principales patógenos de los cereales. En esta Tesis Doctoral se ha realizado, en primer lugar, un estudio in silico del perfil metabolómico de la ZEA y sus derivados, α-zearalenol (α-ZEL) y β-zeralenol (β-ZEL), y de la predicción de sus efectos tóxicos. También se ha realizado un estudio de todos los productos de metabolización de las reacciones de fase I y II. En segundo lugar, debido a una característica común de las especies de Fusarium asociada a sintetizar ZEA, a la vez que ciertas micotoxinas emergentes como beauvericina (BEA), se ha realizado un estudio citotóxico in vitro de α-ZEL, β-ZEL y BEA en células SH-SY5Y sin diferenciar de neuroblastoma humano, y además se determinó el tipo de interacción (sinergismo, adición o antagonismo) de las combinaciones binarias y terciarias de estas micotoxinas. En cuarto lugar, y con el fin de evaluar cómo pueden actuar estas micotoxinas a nivel celular, se ha estudiado el estrés oxidativo mediante la evaluación de la generación de las especies reactivas de oxígeno y los sistemas de defensa intracelular de actividad antioxidante enzimática y no enzimática. Asimismo, se ha examinado la expresión de genes implicados en muerte celular por apoptosis (CASP3, BAX y BCL2) y receptores de estrógenos (ERβ and GPER1); y finalmente, la progresión del ciclo celular y la vía de la muerte celular, en las células neuronales indiferenciadas de SH-SY5Y, un modelo biológico ampliamente utilizado para el estudio de la función neuronal. Los resultados del estudio in silico demostraron que los productos del perfil metabolómico correspondían a O-glucuronidación, S-sulfatación e hidrólisis; además, los productos metabolitos tenían mejores propiedades para alcanzar la barrera hematoencefálica que las micotoxinas iniciales y el efecto de carcinogenecidad reveló ser el de mayor probabilidad. Los resultados obtenidos in vitro demostraron que β-ZEL individualmente presenta la mayor potencialidad citotóxica; mientras que el principal tipo de interacción detectado para todas las combinaciones de micotoxinas ensayadas fue sinergismo. La generación de especies reactivas de oxígeno se vio incrementada en combinaciones en las que participó α-ZEL. Además, el sistema de defensa enzimático y no enzimático se vio alterado para las dosis ensayadas, así como para diversas combinaciones. Los resultados obtenidos mediante la actividad de expresión génica revelaron que α-ZEL, β-ZEL y BEA pueden inducir la expresión de genes de apoptosis celular. Por último, en cuanto a la progresión del ciclo celular y la vía de la muerte celular se vio alterado en las células indiferenciadas SH-SY5Y como consecuencia de la exposición a las tres micotoxinas, α-ZEL, β-ZEL y BEA.

Fusarium species synthesise a wide range of mycotoxins of diverse structure and chemistry. Zearalenone (ZEA) constitute one of the largest groups of mycotoxins produced by Fusarium, which are major pathogens of cereal plants. In this Doctoral Thesis, first it has been carried out an in silico study of the metabolomics profile of ZEA and its derivates, α-zearalenol (α-ZEL) and β-zeralenol (β-ZEL), and the prediction of their toxic effects. Metabolomic profile has been also defined and toxic effect evaluated for all metabolite products from Phase I and II reaction. Afterward, due to a common feature of Fusarium species as synthesising ZEA and its co-occurrence with certain emerging mycotoxins such as BEA, it has been performed an in vitro cytotoxic study of α-ZEL, β-ZEL and BEA to determine cell viability in human neuroblastoma SH-SY5Y cells, and additionally determined whether the interaction of binary and tertiary combinations of these mycotoxins is synergistic, additive, or antagonistic. Also, it has been investigated how these mycotoxins can act at the cellular level. Furthermore, it has been analysed the role of oxidative stress by evaluating reactive oxygen species generation and intracellular defence systems of enzymatic and non-enzymatic antioxidant activity. Also, it has been examined the expression of genes involved in cell apoptosis (CASP3, BAX y BCL2) and receptors of estrogens (ERβ and GPER1); and ultimately, cell cycle progression and cell death pathway all on an undifferentiated SH-SY5Y neuronal cell line, which is widely used as a model of neuronal function. Results of in silico study has been demonstrated that the metabolomics profile products were from O-glucuronidation, S-sulfation and hydrolysis, also metabolite products had better properties to reach blood brain barrier than initial mycotoxins. Also, carcinogenicity reported the highest probability for zearalenone and its derivates to reach blood brain barrier. Results obtained from in vitro study has been demonstrated that β-zearalenol alone presented the highest cytotoxicological potency; also, the main type of interaction detected between mycotoxins for all combinations assayed was synergism. The generation of reactive oxygen species has been increased in combinations where α-ZEL was involved. In addition, enzymatic and non-enzymatic defense system has been altered. Results obtained by gene expression activity has been revealed that α-ZEL, β-ZEL and BEA can induce the expression of cell apoptosis genes. Moreover, cell cycle progression and cell death pathway have been altered in SH-SY5Y cells as a consequence of being exposed to these three mycotoxins α-ZEL, β-ZEL y BEA.