DEL 2 Echinacoside induserer apoptotisk kreftcelledød ved å hemme nukleotidbassengets desinficerende enzym MTH1

KLIKK HER DEL 1

For mer informasjon vennligst kontakt:Joanna.jia@wecistanche.com

Diskusjon

Echinacosideer en naturlig forbindelse isolert fra medisinplantene Cistanche og Echinacea.51,52 Det har vist seg å ha allsidige helsefremmende og sykdomsforebyggende egenskaper, inkludert nevral beskyttelse, hepatobeskyttelse, betennelsesdempende, antifatigue, antisenescens, antidiabetes og antitumoraktiviteter. 53–58 Den mest kjente og aksepterte bioaktiviteten tilEchinacosideer dens antioksidative og ROS-fjernende virkning; 44,45 imidlertid har det også vist seg å forårsake oksidative DNA-skader i kreftceller, med de underliggende mekanismene forblir uklare.58 I denne studien, ved bruk av en høy-gjennomstrømning i en vitro-screeningsanalyse , vi fant detEchinacosideeffektivt hemmet den MTH1-katalyserte enzymatiske reaksjonen. Å øke mengden av MTH1-enzymet reduserte graden av inhibering, mens økning av mengden av uorganisk pyrofosfatase ikke påvirket hemmingen, noe som indikerer atEchinacosideinhiberte spesifikt aktiviteten til MTH1 i in vitro-analysen. Behandling av forskjellige humane kreftcellelinjer medEchinacosideforårsaket betydelig økning av det cellulære 8-oxoG-nivået uten å endre det cellulære ROS-nivået. Gitt at Echinacoside i seg selv er en potent antioksidant, antydet disse resultatene at det økte intracellulære 8-oxoG-nivået sannsynligvis var et resultat av hemming av cellulær MTH1 avEchinacoside.Behandling med Echinacoside forårsaket omfattende DNA-skader og betydelig oppregulering av G1/S-CDK-blokkeren p21, som ble fulgt av markert apoptotisk celledød og undertrykkelse av celleproliferasjon spesifikt i kreft, men ikke i ikke-kreftceller. Videre et fremtredende tap av mitokondriell membranpotensial etter

Cistanche deserticola har mange effekter, klikk her for å vite mer

Echinacosidebehandling indikerte aktivering av den indre apoptoseveien.Echinacoside-induserte DNA-skader og oppregulering av p21 ble observert innen 5 timer etter behandling, mens kreftcelleapoptose, forstyrrelse av mitokondriell membranpotensial og vekstinhibering ble observert 12 timer etter behandlingsstart. Disse dataene støtter at kreftcelleapoptose og vekstinhibering var resultatet av de omfattende DNA-skadene forårsaket av inhiberingen av MTH1. Nyere studier har vist at en reduksjon i størrelsen på den cellulære dNTP-poolen også kan indusere DNA-replikasjonsstress og DNA-skader.59,60 Imidlertid -200 prosent økning i 8-oksoG-nivåEchinacoside-behandlede kreftceller argumenterer mot muligheten for en redusert dNTP-poolstørrelse, og Bcl2, et protein som reduserer dNTP-poolstørrelsen,60 ble betydelig redusert iEchinacoside-behandlede SW480-kreftceller;58 dessuten viste dataene våre tydelig detEchinacosidedirekte hemmet MTH1, som i det minste delvis kan være ansvarlig for DNA-skadene og cellulære effekter forårsaket av Echinacoside. DNTP-poolen er et kritisk mål for ROS, og oksiderte dNTP-er er viktige kilder til oksidative DNA-skader.3,10Reparasjonsassosierte DNA-SSBer og DSB-er kan føre til cellulær senescens og apoptose, som er involvert i aldring og aldringsrelaterte sykdommer,61 og fungerer også som en barriere for tumorigenese. Dermed antas det å redusere ROS-induserte DNA-skader av antioksidanter å være gunstig for den generelle helsen. Imidlertid har flere nyere studier vist at antioksidanter også kan fremme utviklingen av enkelte typer kreft.62–64Kreftceller genererer mye høyere ROS og er kritisk avhengig av effektiv eliminering av oksiderte nukleotider for overlevelse og spredning.3,30,32, 33 Overekspresjon av MTH1 er den viktigste strategien kreftceller bruker for å takle den dødelige byrden av oksiderte dNTP-er. normale celler hadde ingen innvirkning på overlevelse, 32,33 og MTH1 knockout-mus var stort sett normale.65 Konsekvent viste vi også at behandling med Echinacoside induserte apoptose og undertrykte celleproliferasjon spesifikt i kreft, men ikke i ikke-kreftceller. I motsetning til nåværende kjemoterapier og radioterapier som retter seg vilkårlig mot normale celler og tumorceller, dreper inhiberingen av MTH1 kreftceller svært selektivt ved å bruke de rikelige oksiderte nukleotidforløperne i svulster. På den annen side har terapier rettet mot genotypeforskjeller mellom normale og spesifikke typer kreft i en personlig tilnærming vist imponerende resultater, men de er også begrenset av den høye graden av intratumorheterogenitet og høye mutasjonsrater i kreftceller. I motsetning til dette retter hemming av MTH1 seg mot en fenotype som skiller de fleste kreftceller fra normale celler og representerer derfor en ny antikreftstrategi som ikke er begrenset av genetiske tilpasninger. Interessant nok har småmolekylære antagonister av antiapoptoseproteinet Bcl266,67 og agonister av proapoptose Bax68 blitt utviklet og ble vist å være lovende nye antikreftmidler. Gitt deres komplementære virkningsmekanismer, vil en kombinasjon av MTH1-hemmere og apoptosefremmende kjemikalier skape en spennende ny generasjon antikreftmedisiner.

Cistancheechinacosidefordeler

For første gang demonstrerte vi en ny funksjon forEchinacosidesom en naturlig forbindelse mot kreft. I in vitro-analysen,Echinacosidehemmet MTH1 med en IC50 på 7,01 μM. Denne IC50-verdien er høyere enn for MTH1-hemmere som er rapportert så langt.32,33,69 Ved å bruke (S)-crizotinib som en positiv kontroll, viste vi at vår analyse er syv ganger mindre sensitiv enn den som ble brukt av Huber et al.33 Dermed , er den faktiske IC50 av Echinacoside sannsynligvis lavere. Likevel, for å utvikle det som et terapeutisk middel, effekten av det naturligeEchinacosidemolekylet må trolig forbedres. Som et naturprodukt som har blitt brukt som urtemedisin i lang tid, kan Echinacoside tjene som et godt kjemisk stillas for å utvikle effektive og sannsynligvis sikre MTH1-hemmere.37,70 Gitt at naturprodukter har vært en rik kilde til nye kjemiske stillaser. for rasjonell strukturbasert legemiddeldesign,70 tilnærminger som ligner på det vi brukte her, sammen med de store interessene for naturlige produkter for legemiddeloppdagelse, vil være nyttige for å finne målbaserte, effektive og trygge nye legemidler.

Cistancheechinacosidebehandle nyresykdom

Bekreftelse

Denne studien ble støttet av et oppstartsfond fra Jilin University.

Formidling

Forfatterne rapporterer ingen interessekonflikter i dette arbeidet

cistancheechinacoside: anti-kreft beskytteorgan

Referanser

1. Topal MD, Baker MS. DNA-forløperpool: et betydelig mål for N-metyl-N-nitrosourea i C3H/10T1/2 klon 8-celler. Proc Natl Acad Sci US A. 1982;79(7):2211–2215.2. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, et al. Oksidasjon av mitokondrielle deoksynukleotidpooler ved eksponering for natriumnitroprussid induserer celledød. DNA Reparasjon (Amst). 2008;7(3):418–430.3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. Kontinuerlig eliminering av oksiderte nukleotider er nødvendig for å forhindre rask begynnelse av cellulær senescens. Proc Natl Acad Sci US A. 2009;106(1):169–174.4. Katafuchi A, Nohmi T. DNA-polymeraser involvert i inkorporering av oksiderte nukleotider i DNA: deres effektivitet og malbase-preferanse. Mutat Res. 2010;703(1):24–31.5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Avdekke den polymerase-induserte cytotoksisiteten til et oksidert nukleotid. Natur. 2015;517(7536):635–639.6. Dizdaroglu M. Oksidativt indusert DNA-skade og dens reparasjon ved kreft. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212–245.7. Nakabeppu Y. Cellulære nivåer av 8-oksoguanin i enten DNA eller nukleotidpoolen spiller en sentral rolle i karsinogenese og overlevelse av kreftceller. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. Oksygen som venn og fiende: hvordan bekjempe mutasjonspotensialet til 8-okso-guanin. DNA Reparasjon (Amst). 2010;9(6):604–616.9. Pfeifer GP, Besaratinia A. Mutasjonsspektra for kreft hos mennesker. Hum Genet. 2009;125(5–6):493–506.10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. Den oksiderte deoksynukleosidtrifosfatpoolen er en betydelig bidragsyter til genetisk ustabilitet i celler som mangler reparasjon. Mol Cell Biol. 2004;24(1):465–474.11. Kamiya H. Mutagenisitet av oksiderte DNA-forløpere i levende celler: rollene til nukleotidbassengsanering og DNA-reparasjonsenzymer, og translesjonssyntese DNA-polymeraser. Mutat Res. 2010;703(1):32–36.12. Nagy GN, Leveles I, Vértessy BG. Forebyggende DNA-reparasjon ved å rense det cellulære (deoksy)nukleosidtrifosfatbassenget. FEBS J. 2014;281(18):4207–4223.13. McLennan AG. Nudix hydrolase-superfamilien. Cell Mol Life Sci. 2006;63(2):123–143.14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. Humant MTH1-protein hydrolyserer det oksiderte ribonukleotidet, 2-hydroksy-ATP. Nucleic Acids Res. 2001;29(2):449–454.15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Programmert celledød utløst av nukleotidpoolskade og forebygging av den av MutT-homolog-1 (MTH1) med oksidert purinnukleosidtrifosfatase. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.16. Dizdaroglu M. Oksidativt indusert DNA-skade: mekanismer, reparasjon og sykdom. Kreft Lett. 2012;327(1–2):26–47.17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. DNA mismatch reparasjon og oksidativ DNA-skade: implikasjoner for kreftbiologi og behandling. Kreft (Basel). 2014;6(3):1597–1614.18. Caldecott KW. Enkeltrådsbruddreparasjon og genetisk sykdom. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.19. Klement K, Goodarzi AA. DNA-dobbeltrådbruddsresponser og kromatinendringer i den aldrende cellen. Exp Cell Res. 2014;329(1):42–52.20. Schulze A, Harris AL. Hvordan kreftmetabolismen er innstilt for spredning og sårbar for forstyrrelser. Natur. 2012;491(7424):364–373.21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulering av kreftcellemetabolismen. Nat Rev Cancer. 2011;11(2):85–95.22. Rai P. Human Mut T homolog 1 (MTH1): en veisperring for tumor-undertrykkende effekter av onkogen Ras-indusert ROS. Små GTPaser. 2012;3(2):120–125.23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Overekspresjon av hMTH1 mRNA: en molekylær markør for oksidativt stress i lungekreftceller. FEBS Lett. 1998;429:17–20.24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Akkumulering av 8-oxo-2′-deoksyguanosin og økt ekspresjon av hMTH1-protein i hjernesvulster. Neuro Oncol. 2001;3:73–81.25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. Avhengighet til MTH1-protein resulterer i intens ekspresjon i humant brystkreftvev målt ved væskekromatografi-isotop-fortynning tandem massespektrometri. DNA Reparasjon (Amst). 2015;33:101–110.26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Siomek A, Foksinski M, Olinski R. Involvering av oksidativt skadet DNA og reparasjon i kreftutvikling og aldring. Am J Transl Res. 2010;2(3):254–284.27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Bidrag fra hMTH1 til opprettholdelse av 8-oksoguaninnivåer i lunge-DNA hos ikke-småcellet lungekreftpasienter. J Natl Cancer Inst. 2005;97(5):384–395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Ekspresjon av humant MutT homolog (hMTH1) protein i primære ikke-småcellede lungekarsinomer og histologisk normalt omkringliggende vev. Free Radic Biol Med. 2003;34(11):1447–1457.29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. Forbedret eliminering av oksiderte guanin-nukleotider hemmer onkogen Ras-indusert DNA-skade og for tidlig senescens. Onkogen. 2011;30(12):1489–1496.30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Ogg1 knockout-assosiert lungetumorigenese og dens undertrykkelse av Mth1-genforstyrrelse. Cancer Res. 2003;63:902–905.31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. MutT homolog 1 (MTH1) opprettholder flere KRAS-drevne pro-maligne veier. Onkogen. 2015;34(20):2586–2596.32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. MTH1-hemming utrydder kreft ved å forhindre sanitet i dNTP-bassenget. Natur. 2014;508(7495):215–221.33. Huber KV, Salah E, Radic B, et al. Stereospesifikk målretting av MTH1 av (S)-crizotinib som en antikreftstrategi. Natur. 2014;508(7495):222–227.34. Giribaldi MG, Munoz A, Halvorsen K, Patel A, Rai P. MTH1-ekspresjon er nødvendig for effektiv transformasjon av onkogen HRAS. Oncotarget. 2015;6(13):11519–11529.35. Bauer A, Bronstrup M. Industriell naturproduktkjemi for legemiddeloppdagelse og utvikling. Nat Prod Rep. 2014;31(1):35–60.36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Antiinflammatoriske og kreftmedisiner fra naturen. Cancer Treat Res. 2014;159:123–143.37. Li JW, Vederas JC. Legemiddeloppdagelse og naturlige produkter: slutten på en æra eller en endeløs grense? Vitenskap. 2009;325(5937):161–165.38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Antikreftmidler avledet fra naturlige produkter. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Naturlige forbindelser for kreftbehandling og forebygging. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378,40. Hsiao WL, Liu L. Rollen til tradisjonelle kinesiske urtemedisiner i kreftterapi – fra TCM-teori til mekanistisk innsikt. Planta Med. 2010;76(11):1118–1131.41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. En malakittgrønn prosedyre for ortofosfatbestemmelse og dens bruk i alkalisk fosfatasebasert enzymimmunanalyse. Anal Biochem. 1988;171(2):266–270,42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Direkte påvisning av 8-oksodeoksyguanosin og 8-oksoguanin av avidin og dets analoger. Anal Biochem. 1998;255(1):20–31.43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oxoguanin forårsaker nevrodegenerasjon under MUTYH-mediert DNA-baseeksisjonsreparasjon. J Clin Invest. 2012;122(12):4344–4361.44. Xiong Q, Kadota S, Tani T, Namba T. Antioksidative effekter av fenyletanoider fra Cistanche deserticola. Biol Pharm Bull. 1996;19(12):1580–1585.45. Hu C, Kitts DD. Studier på antioksidantaktiviteten til Echinacea rotekstrakt. J Agric Food Chem. 2000;48(5):1466–1472.46. Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Base eksisjon reparasjon og kreft. Kreft Lett. 2012;327(1–2):73–89.47. Caldecott KW. Reparasjon av DNA-enkeltrådbrudd. Exp Cell Res. 2014;329(1):2–8.48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. p53-bindende protein 1 (53BP1) er en tidlig deltaker i den cellulære responsen på DNA-dobbeltstrengsbrudd. J Cell Biol. 2000;151(7):1381–1390,49. Li YY, Wang L, Lu CD. Et E2F-sted i 5′-promotorregionen bidrar til serumavhengig oppregulering av det humane prolifererende cellekjerneantigengenet. FEBS Lett. 2003;544(1–3):112–118,50. González Besteiro MA, Gottifredi V. Gaffelen og kinasen: en DNA-replikasjonshistorie fra et CHK1-perspektiv. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:168–180,51. Wang Y, Hao H, Wang G, et al. En tilnærming for å identifisere sekvensielle metabolitter av et typisk fenyletanoidglykosid, echinacoside, basert på væskekromatografi-ion-felle-time of flight massespektrometrianalyse. Talanta. 2009;80(2):572–580,52. Hudson JB. Anvendelser av fytomedisinen Echinacea purpurea (lilla solhatt) ved infeksjonssykdommer. J Biomed Biotechnol. 2012;2012:769896.53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. En generell syntetisk strategi og antispredningsegenskapene på prostatakreftcellelinjer for naturlige fenyletanoidglykosider. Org Biomol Chem. 2014;12(18):2926–2937.54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. Koffeinsyrefenetylester er et potensielt terapeutisk middel for oral kreft. Int J Mol Sci. 2015;16(5):10748–10766.55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Echinacoside forbedrer D-galaktosamin pluss lipopolysakkarid-indusert akutt leverskade hos mus via hemming av apoptose og betennelse. Scand J Gastroen terol. 2014;49(8):993–1000,56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Antiproliferativ effekt av echinacoside på glatte muskelceller i lungearterien hos rotter under hypoksi. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163,57. Zhu M, Lu C, Li W. Forbigående eksponering for echinacosid er tilstrekkelig for å aktivere Trk-signalering og beskytte nevronceller fra rotenon. J Neurochem. 2013;124(4):571–580,58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. Echinacoside induserer apoptose i humane SW480 kolorektale kreftceller ved induksjon av oksidative DNA-skader. Int J Mol Sci. 2015;16(7):14655–14668.59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. Nukleotidmangel fremmer genomisk ustabilitet i tidlige stadier av kreftutvikling. Celle. 2011;145(3):435–446,60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 induserer DNA-replikasjonsstress ved å hemme ribonukleotidreduktase. Cancer Res. 2014;74(1):212–223,61. Ventura I, Russo MT, De Luca G, Bignami M. Oksiderte purin-nukleotider, genom-ustabilitet og nevrodegenerasjon. Mutat Res. 2010;703(1):59–65,62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. Onkogenindusert Nrf2-transkripsjon fremmer ROS-avgiftning og tumorigenese. Natur. 2011;475(7354):106–109.63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. DNA-skade-indusert differensiering av leukemiceller som en anti-kreftbarriere. Natur. 2014;514(7520):107–111.64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Antioksidanter akselererer progresjon av lungekreft hos mus. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Mutasjonsspesifisitet for mus som er defekte i MTH1- og/eller MSH2-genene. DNA Reparasjon (Amst). 2002;1(11):881–893.66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Målretting mot BCL-2 ​​med BH3-mimetikken ABT-199 i østrogenreseptor-positiv brystkreft. Kreftcelle. 2013;24(1):120–129,67. Han B, Park D, Li R, et al. Småmolekylær Bcl2 BH4-antagonist for lungekreftbehandling. Kreftcelle. 2015;27(6):852–863.68. Xin M, Li R, Xie M, et al. Småmolekylære Bax-agonister for kreftbehandling. Nat Commun. 2014;5:4935.69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. En organometallisk hemmer for det humane reparasjonsenzymet 7,8-dihydro-8-deoksyguanosintrifosfatase. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(1):305–309,70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Naturlige produkter i medisin: transformasjonsresultat av syntetisk kjemi. J Med Chem. 2014;57(22):9292–9308.OncoTargets and Therapy 2015:8 send inn manuskriptet ditt|www.dovepress.comDovepress