Partea a doua Echinacozidul induce moartea celulelor canceroase apoptotice prin inhibarea enzimei de dezinfectare a bazinului de nucleotide MTH1

Partea a doua Cum inhibă echinacozidul apoptoza celulară și îmbunătățește memoria

Pentru mai multe informații, contactați ali.ma@wecistanche.com

Click aici pentru prima parte

Discuţie

Echinacoziduleste un compus natural izolat din plantele medicinaleCistancheși Echinacea. 51,52 S-a demonstrat că posedă proprietăți versatile de promovare a sănătății și de prevenire a bolilor, inclusiv protecție neuronală, hepatoprotecție și activități antiinflamatoare, antioboseală, antisenescență, antidiabet și antitumorale.53–58 Cea mai cunoscută și acceptată bioactivitate aEchinacoziduleste acțiunea sa antioxidantă și de captare a ROS;44,45 cu toate acestea, s-a dovedit, de asemenea, că provoacă leziuni oxidative ADN-ului în celulele canceroase, mecanismele care stau la baza rămânând neclare.58 În prezentul studiu, folosind un test de screening in vitro de mare performanță, am aflat caEchinacozidula inhibat eficient reacția enzimatică catalizată de MTH1-. Creșterea cantității de enzimă MTH1 a scăzut gradul de inhibiție, în timp ce creșterea cantității de pirofosfatază anorganică nu a afectat inhibarea, indicând faptul căEchinacozidula inhibat în mod specific activitatea MTH1 în testul in vitro. Tratamentul diferitelor linii de celule canceroase umane cuEchinacozidula provocat o creștere semnificativă a nivelului 8-oxoG celular fără a modifica nivelul ROS celular. Având în vedere că echinacozidul în sine este un antioxidant puternic, aceste rezultate au sugerat că nivelul crescut de 8-oxoG intracelular a fost probabil rezultatul inhibării MTH1 celulare de cătreEchinacozidul.

Click pentru vitamina Cistanche pentru memorie

Tratament cuEchinacozidula cauzat leziuni extinse ADN și o reglare semnificativă a blocantului G1 /S-CDK p21, care au fost urmate de moartea celulară apoptotică marcată și de suprimarea proliferării celulare în special în cancer, dar nu și în celulele noncanceroase. În plus, o pierdere proeminentă a potențialului membranei mitocondriale dupăEchinacozidultratamentul a indicat activarea căii intrinseci a apoptozei. Au fost observate leziuni ale ADN-ului induse de echinacozide și suprareglarea p21 în 5 ore de la tratament, în timp ce apoptoza celulelor canceroase, întreruperea potențialului membranei mitocondriale și inhibarea creșterii au fost observate la 12 ore după inițierea tratamentului. Aceste date susțin că apoptoza celulelor canceroase și inhibarea creșterii au fost rezultatele leziunilor extinse ale ADN-ului cauzate de inhibarea MTH1. Studii recente au arătat că o reducere a dimensiunii pool-ului celular de dNTP ar putea induce, de asemenea, stres de replicare a ADN-ului și leziuni ale ADN-ului59,60. posibilitatea unei dimensiuni reduse a pool-ului de dNTP și Bcl2, o proteină care reduce dimensiunea pool-ului de dNTP,60 a fost semnificativ scăzută în celulele canceroase SW480 tratate cu echinacozidă;58 mai mult, datele noastre au arătat clar că Echinacozidul a inhibat direct MTH1, care ar putea parțial responsabil pentru daunele ADN-ului și efectele celulare cauzate de Echinacoside. Rezervorul de dNTP este o țintă critică a ROS, iar dNTP-urile oxidate sunt surse importante de daune oxidative ale ADN-ului. 61 și servesc, de asemenea, ca o barieră pentru tumorigeneză. Astfel, se crede că reducerea daunelor ADN-ului induse de ROS de către antioxidanți este benefică pentru sănătatea generală. Cu toate acestea, mai multe studii recente au arătat că antioxidanții ar putea promova și dezvoltarea unor tipuri de cancer.62–64 Celulele canceroase generează ROS mult mai mare și sunt dependente în mod critic de eliminarea eficientă a nucleotidelor oxidate pentru supraviețuire și proliferare.3,30,32. ,33

Supraexprimarea MTH1 este cea mai importantă strategie pe care celulele canceroase o folosesc pentru a face față poverii letale a dNTP-urilor oxidate.23,24,26–28 Inhibarea MTH1 a ucis eficient celulele canceroase,3,29,30,32,33, în timp ce vizează MTH1 în condiții normale. celulele nu au avut niciun impact asupra supraviețuirii,32,33 și șoarecii knockout MTH1 au fost în mare parte normali.65 În mod constant, am arătat, de asemenea, că tratamentul cu echinacozidă a indus apoptoza și a suprimat proliferarea celulară în mod specific în cancer, dar nu și în celulele noncanceroase. Astfel, spre deosebire de chimioterapiile și radioterapiile actuale care vizează celulele normale și tumorale fără discernământ, inhibarea MTH1 ucide celulele canceroase în mod foarte selectiv prin utilizarea precursorilor abundenți de nucleotide oxidate în tumori. Pe de altă parte, terapiile care vizează diferențele de genotip între tipurile normale și specifice de cancer într-o abordare personalizată au arătat rezultate impresionante, dar sunt, de asemenea, limitate de gradul ridicat de eterogenitate intratumorală și ratele mari de mutație în celulele canceroase. În schimb, inhibarea MTH1 vizează un fenotip care distinge majoritatea celulelor canceroase de celulele normale și, prin urmare, reprezintă o nouă strategie anticanceroasă care nu este limitată de adaptările genetice. În mod interesant, antagoniști de molecule mici ai proteinei antiapoptoză Bcl266,67 și agonişti ai proapoptozei Bax68 au fost dezvoltați și s-au dovedit a fi agenți anti-cancer noi promițători. Având în vedere mecanismele lor complementare de acțiune, combinarea inhibitorilor MTH1 și a substanțelor chimice care promovează apoptoza ar crea o nouă generație interesantă de medicamente anticancer. Pentru prima dată, am demonstrat o nouă funcție pentru Echinacoside ca compus natural anticancer. În testul in vitro, Echinacoside a inhibat MTH1 cu un IC50 de 7,01 μM. Această valoare IC50 este mai mare decât cea a inhibitorilor MTH1 raportați până acum.32,33,69 Folosind (S)-crizotinib ca control pozitiv, am arătat că testul nostru este de șapte ori mai puțin sensibil decât cel utilizat de Huber și colab.33. , IC50 real al echinacozidului este probabil să fie mai mic. Cu toate acestea, pentru a-l dezvolta ca agent terapeutic, eficacitatea moleculei naturale de echinacozidă va trebui probabil îmbunătățită. Fiind un produs natural care a fost folosit ca medicament pe bază de plante pentru o lungă perioadă de timp, echinacozidul ar putea servi ca o schelă chimică bună pentru dezvoltarea inhibitorilor MTH1 eficienți și probabil siguri.37,70 Având în vedere că produsele naturale au reprezentat o sursă bogată de noi schele chimice. pentru proiectarea rațională de medicamente bazată pe structură70, abordări similare cu cele folosite aici, împreună cu interesele vaste în produsele naturale pentru descoperirea medicamentelor, vor fi utile în găsirea de noi medicamente bazate pe ținte, eficiente și sigure.

Confirmare

Acest studiu a fost susținut de un fond de startup de la Universitatea Jilin.

Dezvăluire

Autorii nu raportează niciun conflict de interese în această lucrare.

Referințe

1 Topal MD, Baker MS. Pool de precursori ADN: o țintă semnificativă pentru N-metil-N-nitrozureea în celulele clonei C3H/10T1/2 8. Proc Natl Acad Sci US A. 1982;79(7):2211–2215.

2. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, et al. Oxidarea pool-urilor de deoxinucleotide mitocondriale prin expunerea la nitroprusiatul de sodiu induce moartea celulelor. Reparație ADN (Amst). 2008;7(3):418–430.

3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. Eliminarea continuă a nucleotidelor oxidate este necesară pentru a preveni instalarea rapidă a senescenței celulare. Proc Natl Acad Sci US A. 2009;106(1):169–174.

4. Katafuchi A, Nohmi T. ADN polimeraze implicate în încorporarea nucleotidelor oxidate în ADN: eficiența lor și preferința bazei șablon. Mutat Res. 2010;703(1):24–31.

5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Descoperirea citotoxicității induse de polimerază a unei nucleotide oxidate. Natură. 2015;517(7536):635–639.

6. Dizdaroglu M. Deteriorarea ADN-ului indusă oxidativ și repararea acesteia în cancer. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212–245.

7. Nakabeppu Y. Nivelurile celulare de 8-oxoguanină fie în ADN, fie în pool-ul de nucleotide joacă un rol esențial în carcinogeneza și supraviețuirea celulelor canceroase. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.

8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. Oxigenul ca prieten și inamic: cum să combateți potențialul mutațional al 8-oxo-guaninei. Reparație ADN (Amst). 2010;9(6):604–616.

9. Pfeifer GP, Besaratinia A. Spectrele mutaționale ale cancerului uman. Hum Genet. 2009;125(5–6):493–506.

10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. Rezerva de deoxinucleozidă trifosfat oxidată contribuie semnificativ la instabilitatea genetică a celulelor cu deficit de reparare nepotrivită. Mol Cell Biol. 2004;24(1): 465–474.

11. Kamiya H. Mutagenicitatea precursorilor de ADN oxidat în celulele vii: rolurile igienizării pool-ului de nucleotide și enzimelor de reparare a ADN-ului și a ADN polimerazelor de sinteza translesion. Mutat Res. 2010;703(1): 32–36.

12. Nagy GN, Leveles I, Vértessy BG. Repararea preventivă a ADN-ului prin igienizarea fondului celular de (deoxi)nucleozidici trifosfat. FEB J. 2014;281(18):4207–4223.

13. McLennan AG. Superfamilia hidrolazei Nudix. Cell Mol Life Sci. 2006;63(2):123–143.

14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. Proteina MTH1 umană hidrolizează ribonucleotida oxidată, 2-hidroxi-ATP. Acizi nucleici Res. 2001;29(2):449–454. 15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Moartea celulară programată declanșată de deteriorarea pool-ului de nucleotide și prevenirea acesteia de către omologul MutT-1 (MTH1) cu purină nucleozidă trifosfatază oxidată. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.

16. Dizdaroglu M. Lezarea ADN-ului indusă oxidativ: mecanisme, reparare și boală. Cancer Lett. 2012;327(1–2):26–47.

17. Podul G, Rashid S, Martin SA. Repararea nepotrivirii ADN și deteriorarea oxidativă a ADN-ului: implicații pentru biologia și tratamentul cancerului. Cancer (Basel). 2014;6(3):1597–1614. 18. Caldecott KW. Repararea rupturii cu o singură catenă și boală genetică. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.

19. Klement K, Goodarzi AA. Răspunsurile de rupere a ADN-ului dublu catenar și modificări ale cromatinei în celula îmbătrânită. Exp Cell Res. 2014;329(1): 42–52.

20. Schulze A, Harris AL. Cum este reglat metabolismul cancerului pentru proliferare și vulnerabil la perturbare. Natură. 2012;491(7424):364–373. 21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Reglarea metabolismului celulelor canceroase. Nat Rev Cancer. 2011;11(2):85–95.

22. Rai P. Human Mut T homolog 1 (MTH1): un obstacol pentru efectele supresoare tumorale ale ROS indus de Ras oncogen. GTPazele mici. 2012;3(2):120–125.

23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Suprapresia ARNm hMTH1: un marker molecular al stresului oxidativ în celulele canceroase pulmonare. FEBS Lett. 1998;429:17–20.

24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Acumularea de 8-oxo{-2′-deoxiguanozină și expresia crescută a proteinei hMTH1 în tumorile cerebrale. Neuro Oncol. 2001;3:73–81.

25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. Dependența de proteina MTH1 are ca rezultat o expresie intensă în țesutul cancerului de sân uman, măsurată prin spectrometrie de masă în tandem cu cromatografie lichidă-diluare izotopică. Reparație ADN (Amst). 2015;33:101–110. 26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Simek A, Foksinski M, Olinski R. Implicarea ADN-ului deteriorat oxidativ și repararea în dezvoltarea și îmbătrânirea cancerului. Am J Transl Res. 2010;2(3):254–284.

27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Contribuția hMTH1 la menținerea nivelurilor de 8-oxoguanină în ADN-ul pulmonar al pacienților cu cancer pulmonar fără celule mici. J Natl Cancer Inst. 2005;97(5):384–395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Exprimarea proteinei omolog MutT uman (hMTH1) în carcinoamele pulmonare primare fără celule mici și țesutul înconjurător normal din punct de vedere histologic. Free Radic Biol Med. 2003;34(11):1447–1457.

29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. Eliminarea îmbunătățită a nucleotidelor de guanină oxidată inhibă deteriorarea ADN-ului indusă de Ras oncogen și senescența prematură. Oncogene. 2011;30(12):1489–1496.

30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Tumogeneza pulmonară asociată cu knockout Ogg1 și suprimarea acesteia prin perturbarea genei Mth1. Cancer Res. 2003;63:902–905.

31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. Omologul MutT 1 (MTH1) menține mai multe căi pro-maligne conduse de KRAS. Oncogene. 2015;34(20):2586–2596.

32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. Inhibarea MTH1 eradica cancerul prin prevenirea igienizării piscinei dNTP. Natură. 2014; 508(7495):215–221.

33. Huber KV, Salah E, Radic B, et al. Direcția stereospecifică a MTH1 de către (S)-crizotinib ca strategie anticanceroasă. Natură. 2014;508(7495): 222–227.

34. Giribaldi MG, Munoz A, Halvorsen K, Patel A, Rai P. Expresia MTH1 este necesară pentru transformarea eficientă prin HRAS oncogen. Oncotarget. 2015;6(13):11519–11529.

35. Bauer A, Bronstrup M. Chimie industrială a produselor naturale pentru descoperirea și dezvoltarea medicamentelor. Nat Prod Rep. 2014;31(1):35–60.

36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Medicamente antiinflamatorii și anticancer din natură. Cancer Treat Res. 2014; 159:123–143.

37. Li JW, Vederas JC. Descoperirea medicamentelor și a produselor naturale: sfârșitul unei ere sau o frontieră nesfârșită? Ştiinţă. 2009;325(5937):161–165.

38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Agenți anticancer derivați din produse naturale. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.

39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Compuși naturali pentru tratamentul și prevenirea cancerului. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378.

40. Hsiao WL, Liu L. Rolul medicamentelor tradiționale din plante chinezești în terapia cancerului – de la teoria MTC la perspective mecanice. Planta Med. 2010;76(11):1118–1131.

41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. O procedură verde de malachit pentru determinarea ortofosfatului și utilizarea acestuia în imunotestul enzimatic pe bază de fosfatază alcalină. Biochimie anală. 1988;171(2):266–270.

42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Detectarea directă a 8-oxodeoxiguanozinei și 8-oxoguaninei de către avidină și analogii săi. Biochimie anală. 1998;255(1):20–31.

43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oxoguanina provoacă neurodegenerare în timpul reparării prin excizie a bazei ADN mediată de MUTYH. J Clin Invest. 2012;122(12):4344–4361.

44. Xiong Q, Kadota S, Tani T, Namba T. Efectele antioxidante ale feniletanoizilor dinCistanche deserticola. Biol Pharm Bull. 1996;19(12): 1580–1585.

45. Hu C, Kitts DD. Studii privind activitatea antioxidantă a extractului de rădăcină de echinacea. J Agric Food Chim. 2000;48(5):1466–1472.

46. ​​Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Repararea exciziei bazei și cancer. Cancer Lett. 2012;327(1–2):73–89. 47. Caldecott KW. Repararea ruperii ADN-ului dintr-o singură catenă. Exp Cell Res. 2014; 329(1):2–8.

48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. Proteina 1 de legare a p53 (53BP1) este un participant timpuriu în răspunsul celular la rupturile ADN-ului dublu catenar. J Cell Biol. 2000;151(7):1381–1390.

49. Li YY, Wang L, Lu CD. Un situs E2F în regiunea 5'-promotoare contribuie la reglarea ascendentă dependentă de ser a genei antigenului nuclear al celulei umane care se proliferează. FEBS Lett. 2003;544(1–3):112–118.

50. González Besteiro MA, Gottifredi V. The furk and the kinase: a DNA replication tale from a CHK1 perspective. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:168–180.

51. Wang Y, Hao H, Wang G și colab. O abordare pentru identificarea metaboliților secvențiali ai unei glicozide feniletanoid tipice, echinacozida, bazată pe analiza spectrometriei de masă prin cromatografie lichidă-capcana ionică-timp de zbor. Talanta. 2009;80(2):572–580.

52. Hudson JB. Aplicații ale fitomedicinei Echinacea purpurea (echinacea mov) în boli infecțioase. J Biomed Biotechnol. 2012; 2012:769896.

53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. O strategie generală de sinteză și proprietățile anti-proliferare pe liniile celulare de cancer de prostată pentru glicozide feniletanoide naturale. Org Biomol Chim. 2014;12(18):2926–2937.

54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. Esterul fenetilic al acidului cafeic este un potențial agent terapeutic pentru cancerul oral. Int J Mol Sci. 2015;16(5): 10748–10766.

55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Echinacozidul ameliorează D-galactozamina plus leziunea hepatică acută indusă de lipopolizaharide la șoareci prin inhibarea apoptozei și a inflamației. Scand J Gastroen-terol. 2014;49(8):993–1000.

56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Efectul antiproliferativ al echinacozidei asupra celulelor musculare netede ale arterei pulmonare de șobolan sub hipoxie. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163.

57. Zhu M, Lu C, Li W. Expunerea tranzitorie la echinacozidă este suficientă pentru a activa semnalizarea Trk și pentru a proteja celulele neuronale de rotenonă. J Neurochem. 2013;124(4):571–580.

58. Dong L, Yu D, Wu N și colab. Echinacozidul induce apoptoza în celulele umane de cancer colorectal SW480 prin inducerea leziunilor oxidative ale ADN-ului. Int J Mol Sci. 2015;16(7):14655–14668.

59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. Deficitul de nucleotide promovează instabilitatea genomică în stadiile incipiente ale dezvoltării cancerului. Celulă. 2011;145(3):435–446.

60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 induce stresul de replicare a ADN-ului prin inhibarea ribonucleotid reductazei. Cancer Res. 2014;74(1): 212–223.

61. Ventura I, Russo MT, De Luca G, Bignami M. Oxidized purine nucleotides, genome instability, and neurodegeneration. Mutat Res. 2010; 703(1):59–65.

62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. Transcripția Nrf2 indusă de oncogene promovează detoxifierea ROS și tumorigeneza. Natură. 2011;475(7354):106–109.

63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. Diferențierea celulelor leucemice indusă de deteriorarea ADN-ului ca barieră împotriva cancerului. Natură. 2014;514(7520):107–111.

64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Antioxidanții accelerează progresia cancerului pulmonar la șoareci. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.

65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Specificitatea mutațională a șoarecilor cu defecte în genele MTH1 și/sau MSH2. Reparație ADN (Amst). 2002;1(11):881–893.

66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Direcționarea BCL-2 cu ABT mimetic BH3-199 în cancerul de sân cu receptori de estrogen pozitiv. Celula canceroasă. 2013;24(1):120–129.

67. Han B, Park D, Li R, et al. Antagonist Bcl2 BH4 cu moleculă mică pentru terapia cancerului pulmonar. Celula canceroasă. 2015;27(6):852–863.

68. Xin M, Li R, Xie M și colab. Agonişti Bax cu molecule mici pentru terapia cancerului. Nat Commun. 2014;5:4935.

69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. Un inhibitor organometalic pentru enzima de reparare umană 7,8- dihidro-8-deoxiguanozin trifosfatază. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(1):305–309.

70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Produse naturale în medicină: rezultatul transformațional al chimiei sintetice. J Med Chem. 2014;57(22):9292–9308.