PartTwo L'equinacòsid indueix la mort de cèl·lules canceroses apoptòtiques mitjançant la inhibició de l'enzim desinfectant MTH1 de la piscina de nucleòtids

Segona part Com l'echinacòsid inhibeix l'apoptosi cel·lular i millora la memòria

Per obtenir més informació, poseu-vos en contacte amb ali.ma@wecistanche.com

Feu clic aquí per a la primera part

Discussió

Echinacòsidés un compost natural aïllat de les plantes medicinalsCistanchei Equinàcia. 51,52 S'ha demostrat que posseeix propietats de promoció de la salut i preventives de malalties versàtils, com ara protecció neuronal, hepatoprotecció i activitats antiinflamatòries, antifatiga, antisenescència, antidiabetis i antitumorals.53–58 La bioactivitat més coneguda i acceptada deEchinacòsidés la seva acció antioxidant i eliminadora de ROS;44,45, tanmateix, també s'ha demostrat que causa danys oxidatius a l'ADN a les cèl·lules canceroses, i els mecanismes subjacents encara no estan clars.58 En el present estudi, utilitzant un assaig de cribratge in vitro d'alt rendiment, ho vam trobarEchinacòsidva inhibir eficaçment la reacció enzimàtica catalitzada1-MTH. L'augment de la quantitat de l'enzim MTH1 va disminuir el grau d'inhibició mentre que l'augment de la quantitat de la pirofosfatasa inorgànica no va afectar la inhibició, cosa que indica queEchinacòsidva inhibir específicament l'activitat de MTH1 en l'assaig in vitro. Tractament de diferents línies cel·lulars de càncer humà ambEchinacòsidva provocar una elevació significativa del nivell 8-oxoG cel·lular sense canviar el nivell de ROS cel·lular. Atès que l'echinacòsid en si és un potent antioxidant, aquests resultats van suggerir que l'augment del nivell intracel·lular d'8-oxoG probablement va ser el resultat de la inhibició de MTH1 cel·lular perEchinacòsid.

Feu clic a la vitamina Cistanche per a la memòria

Tractament ambEchinacòsidva causar danys extensos a l'ADN i una regulació significativa del bloquejador G1 / S-CDK p21, que van ser seguits per una marcada mort de cèl·lules apoptòtiques i la supressió de la proliferació cel·lular específicament en càncer, però no a les cèl·lules no cancerígenes. A més, una pèrdua important del potencial de membrana mitocondrial desprésEchinacòsidEl tractament va indicar l'activació de la via intrínseca de l'apoptosi. Es van observar danys a l'ADN induïts per echinacòsids i la regulació de p21 en les 5 hores posteriors al tractament, mentre que l'apoptosi de les cèl·lules canceroses, la interrupció del potencial de la membrana mitocondrial i la inhibició del creixement es van observar 12 hores després de l'inici del tractament. Aquestes dades donen suport que l'apoptosi de les cèl·lules canceroses i la inhibició del creixement van ser els resultats dels extensos danys a l'ADN causats per la inhibició de MTH1. Estudis recents han demostrat que una reducció de la mida del conjunt de dNTP cel·lular també podria induir estrès per la replicació de l'ADN i danys a l'ADN. la possibilitat d'una mida de l'agrupació de dNTP reduïda, i Bcl2, una proteïna que redueix la mida de la piscina de dNTP,60 es va reduir significativament a les cèl·lules canceroses SW480 tractades amb Echinacoside;58 a més, les nostres dades van mostrar clarament que Echinacoside inhibia directament MTH1, que almenys podria ser parcialment responsable dels danys a l'ADN i dels efectes cel·lulars causats per Echinacoside. El conjunt de dNTP és un objectiu crític de les ROS, i els dNTP oxidats són fonts importants de danys oxidatius a l'ADN.3,10 Els SSB i els DSB d'ADN associats a la reparació poden provocar senescència cel·lular i apoptosi, que estan implicades en l'envelliment i malalties relacionades amb l'envelliment. 61 i també serveixen com a barrera per a la tumorigènesi. Per tant, es creu que la reducció dels danys de l'ADN induïts per ROS per antioxidants és beneficiós per a la salut en general. No obstant això, diversos estudis recents han demostrat que els antioxidants també podrien promoure el desenvolupament d'alguns tipus de càncer.62–64 Les cèl·lules canceroses generen ROS molt més altes i depenen de manera crítica de l'eliminació eficient dels nucleòtids oxidats per a la supervivència i la proliferació.3,30,32. ,33

La sobreexpressió de MTH1 és l'estratègia més important que utilitzen les cèl·lules canceroses per fer front a la càrrega letal dels dNTPs oxidats. les cèl·lules no van tenir cap impacte en la supervivència,32,33 i els ratolins knockout MTH1 eren en gran part normals.65 De manera consistent, també vam demostrar que el tractament amb Echinacoside induïa l'apoptosi i suprimia la proliferació cel·lular específicament en càncer, però no en cèl·lules no cancerígenes. Així, a diferència de les quimioteràpies i radioteràpies actuals que es dirigeixen indistintament a cèl·lules normals i tumorals, la inhibició de MTH1 mata les cèl·lules canceroses de manera altament selectiva mitjançant l'ús dels abundants precursors de nucleòtids oxidats en els tumors. D'altra banda, les teràpies dirigides a les diferències de genotip entre els tipus de càncer normals i específics en un enfocament personalitzat han mostrat resultats impressionants, però també estan limitades per l'elevat grau d'heterogeneïtat intratumoral i les altes taxes de mutació a les cèl·lules canceroses. En canvi, la inhibició de MTH1 té com a objectiu un fenotip que distingeix la majoria de cèl·lules canceroses de les cèl·lules normals i, per tant, representa una nova estratègia anticancerígena que no està limitada per adaptacions genètiques. Curiosament, s'han desenvolupat antagonistes de molècules petites de la proteïna antiapoptosi Bcl266,67 i agonistes de la proapoptosi Bax68 i es va demostrar que són nous agents anticancerígens prometedors. Tenint en compte els seus mecanismes d'acció complementaris, la combinació d'inhibidors de MTH1 i productes químics que promouen l'apoptosi crearia una nova generació emocionant de fàrmacs anticancerígens. Per primera vegada, vam demostrar una nova funció per a Echinacoside com a compost natural anticancerígen. En l'assaig in vitro, Echinacoside va inhibir MTH1 amb un IC50 de 7, 01 μM. Aquest valor IC50 és superior al dels inhibidors de MTH1 reportats fins ara.32,33,69 Utilitzant (S)-crizotinib com a control positiu, vam demostrar que el nostre assaig és set vegades menys sensible que el utilitzat per Huber et al.33. , és probable que l'IC50 real d'Echinacoside sigui inferior. No obstant això, per desenvolupar-lo com a agent terapèutic, probablement caldrà millorar l'eficàcia de la molècula natural d'echinacòsid. Com a producte natural que s'ha utilitzat com a medicament a base d'herbes durant molt de temps, l'echinacòsid podria servir com una bona bastida química per desenvolupar inhibidors de MTH1 eficients i probablement segurs.37,70 Atès que els productes naturals han estat una font rica de nous bastides químics. Per al disseny racional de fàrmacs basat en l'estructura70, enfocaments similars al que hem utilitzat aquí, juntament amb els grans interessos en productes naturals per al descobriment de fàrmacs, seran útils per trobar fàrmacs nous, efectius i segurs basats en objectius.

Reconeixement

Aquest estudi va comptar amb el suport d'un fons d'inici de la Universitat de Jilin.

Divulgació

Els autors informen que no hi ha conflictes d'interès en aquest treball.

Referències

1 Topal MD, Baker MS. Agrupació de precursors d'ADN: un objectiu important per a la N-metil-N-nitrosourea a les cèl·lules del clon 8 C3H/10T1/2. Proc Natl Acad Sci US A. 1982;79(7):2211–2215.

2. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, et al. L'oxidació de les agrupacions de desoxinucleòtids mitocondrials per exposició al nitroprussiat de sodi indueix la mort cel·lular. Reparació d'ADN (Amst). 2008;7(3):418–430.

3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. L'eliminació contínua dels nucleòtids oxidats és necessària per evitar l'inici ràpid de la senescència cel·lular. Proc Natl Acad Sci US A. 2009;106(1):169–174.

4. Katafuchi A, Nohmi T. ADN polimerases implicades en la incorporació de nucleòtids oxidats a l'ADN: la seva eficiència i preferència de bases de plantilla. Mutat Res. 2010;703(1):24–31.

5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Descobriment de la citotoxicitat induïda per la polimerasa d'un nucleòtid oxidat. Naturalesa. 2015;517(7536):635–639.

6. Dizdaroglu M. Dany a l'ADN induït per oxidació i la seva reparació en càncer. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212–245.

7. Nakabeppu Y. Els nivells cel·lulars d'8-oxoguanina a l'ADN o al conjunt de nucleòtids tenen un paper fonamental en la carcinogènesi i la supervivència de les cèl·lules canceroses. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.

8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. L'oxigen com a amic i enemic: com combatre el potencial mutacional de l'8-oxo-guanina. Reparació d'ADN (Amst). 2010;9(6):604–616.

9. Pfeifer GP, Besaratinia A. Espectres mutacionals del càncer humà. Hum Genet. 2009;125(5–6):493–506.

10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. El conjunt de trifosfat de desoxinucleòsids oxidat contribueix significativament a la inestabilitat genètica en cèl·lules amb deficiència de reparació de desajustaments. Mol Cell Biol. 2004;24(1): 465–474.

11. Kamiya H. Mutagenicitat dels precursors d'ADN oxidat a les cèl·lules vives: rols de la desinfecció de la piscina de nucleòtids i dels enzims de reparació de l'ADN i les ADN polimerases de síntesi de translessió. Mutat Res. 2010;703(1): 32–36.

12. Nagy GN, Nivells I, Vértessy BG. Reparació preventiva de l'ADN mitjançant la desinfecció del grup cel·lular de (desoxi)nucleòsids trifosfat. FEBRER J. 2014;281(18):4207–4223.

13. McLennan AG. La superfamília de les hidrolases Nudix. Cell Mol Life Sci. 2006;63(2):123–143.

14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. La proteïna MTH1 humana hidrolitza el ribonucleòtid oxidat, 2-hidroxi-ATP. Àcids nucleics Res. 2001;29(2):449–454. 15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Mort cel·lular programada provocada pel dany de l'agrupació de nucleòtids i la seva prevenció per l'homòleg de MutT-1 (MTH1) amb nucleòsid trifosfatasa de purina oxidada. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.

16. Dizdaroglu M. Dany a l'ADN induït per oxidació: mecanismes, reparació i malaltia. Càncer Lett. 2012;327(1–2):26–47.

17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. Reparació del desajust de l'ADN i dany oxidatiu de l'ADN: implicacions per a la biologia i el tractament del càncer. Càncers (Basilea). 2014;6(3):1597–1614. 18. Caldecott KW. Reparació de trencament d'una sola cadena i malaltia genètica. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.

19. Klement K, Goodarzi AA. Respostes de ruptura de doble cadena de l'ADN i alteracions de la cromatina dins de la cèl·lula envellida. Res cel·la exp. 2014;329(1): 42–52.

20. Schulze A, Harris AL. Com s'ajusta el metabolisme del càncer per a la proliferació i és vulnerable a la interrupció. Naturalesa. 2012;491(7424):364–373. 21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulació del metabolisme de les cèl·lules canceroses. Nat Rev Càncer. 2011;11(2):85–95.

22. Rai P. Human Mut T homolog 1 (MTH1): un obstacle per als efectes supressors de tumors dels ROS induïts per Ras oncogènics. Petites GTPases. 2012;3(2):120–125.

23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Sobrepressió de l'ARNm de hMTH1: un marcador molecular de l'estrès oxidatiu a les cèl·lules canceroses de pulmó. FEBS Lett. 1998;429:17–20.

24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Acumulació de 8-oxo{-2′-desoxiguanosina i augment de l'expressió de la proteïna hMTH1 en tumors cerebrals. Neuro Oncol. 2001;3:73–81.

25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. L'addicció a la proteïna MTH1 dóna lloc a una expressió intensa en el teixit del càncer de mama humà mesurat per espectrometria de masses en tàndem de cromatografia líquida-dilució d'isòtops. Reparació d'ADN (Amst). 2015;33:101–110. 26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Simek A, Foksinski M, Olinski R. Implicació de l'ADN danyat oxidativament i reparació en el desenvolupament i l'envelliment del càncer. Am J Transl Res. 2010;2(3):254–284.

27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Contribució de hMTH1 al manteniment dels nivells de 8-oxoguanina a l'ADN pulmonar de pacients amb càncer de pulmó de cèl·lules no petites. J Natl Cancer Inst. 2005;97(5):384–395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Expressió de la proteïna homòleg MutT humà (hMTH1) en carcinomes de pulmó primaris no de cèl·lules petites i teixit circumdant histològicament normal. Radic Lliure Biol Med. 2003;34(11):1447–1457.

29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. L'eliminació millorada dels nucleòtids de guanina oxidats inhibeix el dany a l'ADN induït per Ras oncogènic i la senescència prematura. Oncogen. 2011;30(12):1489–1496.

30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. La tumorigènesi pulmonar associada a l'eliminació d'Ogg1 i la seva supressió per la interrupció del gen Mth1. Càncer Res. 2003;63:902–905.

31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. L'homòleg 1 de MutT (MTH1) manté múltiples vies pro-malignes impulsades per KRAS. Oncogen. 2015;34(20):2586–2596.

32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. La inhibició de MTH1 eradica el càncer evitant el sanejament de la piscina de dNTP. Naturalesa. 2014; 508(7495):215–221.

33. Huber KV, Salah E, Radic B, et al. Orientació estereoespecífica de MTH1 per (S)-crizotinib com a estratègia contra el càncer. Naturalesa. 2014;508(7495): 222–227.

34. Giribaldi MG, Munoz A, Halvorsen K, Patel A, Rai P. L'expressió MTH1 és necessària per a una transformació efectiva per HRAS oncogènic. Oncotarget. 2015;6(13):11519–11529.

35. Bauer A, Bronstrup M. Química de productes naturals industrials per al descobriment i desenvolupament de fàrmacs. Nat Prod Rep. 2014;31(1):35–60.

36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Medicaments antiinflamatoris i anticancerígens de la natura. Càncer Treat Res. 2014; 159:123–143.

37. Li JW, Vederas JC. Descobriment de drogues i productes naturals: final d'una era o frontera sense fi? Ciència. 2009;325(5937):161–165.

38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Agents anticancerígens derivats de productes naturals. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.

39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Compostos naturals per al tractament i prevenció del càncer. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378.

40. Hsiao WL, Liu L. El paper de les herbes medicinals xineses tradicionals en la teràpia del càncer: des de la teoria de la MTC fins als coneixements mecànics. Planta Med. 2010;76(11):1118–1131.

41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. Un procediment verd de malaquita per a la determinació d'ortofosfat i el seu ús en immunoassaig enzimàtic basat en fosfatasa alcalina. Bioquímica anal. 1988;171(2):266–270.

42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Detecció directa de 8-oxodesoxiguanosina i 8-oxoguanina per avidina i els seus anàlegs. Bioquímica anal. 1998;255(1):20–31.

43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-L'oxoguanina causa neurodegeneració durant la reparació d'excisió de bases d'ADN mediada per MUTYH. J Clin Invest. 2012;122(12):4344–4361.

44. Xiong Q, Kadota S, Tani T, Namba T. Efectes antioxidants dels feniletanoides deCistanche deserticola. Biol Pharm Bull. 1996;19(12): 1580–1585.

45. Hu C, Kitts DD. Estudis sobre l'activitat antioxidant de l'extracte d'arrel d'equinàcia. J Agric Food Chem. 2000;48(5):1466–1472.

46. ​​Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Reparació d'excisió de bases i càncer. Càncer Lett. 2012;327(1–2):73–89. 47. Caldecott KW. Reparació de trencament d'ADN d'una sola cadena. Res cel·la exp. 2014; 329(1):2–8.

48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. La proteïna 1 d'unió a p53 (53BP1) és un participant primerenc en la resposta cel·lular a les ruptures de doble cadena de l'ADN. J Cell Biol. 2000;151(7):1381–1390.

49. Li YY, Wang L, Lu CD. Un lloc E2F a la regió promotora 5′ contribueix a la regulació depenent del sèrum del gen de l'antigen nuclear de la cèl·lula proliferant humana. FEBS Lett. 2003;544(1–3):112–118.

50. González Besteiro MA, Gottifredi V. The fork 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, et al. Un enfocament per identificar metabòlits seqüencials d'un glucòsid feniletanoide típic, l'echinacòsid, basat en l'anàlisi de l'espectrometria de masses de la cromatografia líquida-temps de trampa d'ions de vol. Talanta. 2009;80(2):572–580.

52. Hudson JB. Aplicacions de la fitomedicina Echinacea purpurea (echinacea porpra) en malalties infeccioses. J Biomed Biotechnol. 2012; 2012: 769896.

53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. Una estratègia sintètica general i les propietats antiproliferació en línies cel·lulars de càncer de pròstata per a glicòsids feniletanoides naturals. Org Biomol Chem. 2014;12(18):2926–2937.

54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. L'èster fenetílic de l'àcid cafeic és un agent terapèutic potencial per al càncer oral. Int J Mol Sci. 2015;16(5): 10748–10766.

55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Echinacoside millora la D-galactosamina més la lesió hepàtica aguda induïda per lipopolisacàrids en ratolins mitjançant la inhibició de l'apoptosi i la inflamació. Scand J Gastroen-terol. 2014;49(8):993–1000.

56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Efecte antiproliferatiu de l'equinacòsid sobre les cèl·lules musculars llises de l'artèria pulmonar de rata sota hipòxia. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163.

57. Zhu M, Lu C, Li W. L'exposició transitòria a l'equinacòsid és suficient per activar la senyalització de Trk i protegir les cèl·lules neuronals de la rotenona. J Neurochem. 2013;124(4):571–580.

58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. L'equinacòsid indueix l'apoptosi a les cèl·lules humanes de càncer colorectal SW480 mitjançant la inducció de danys oxidatius a l'ADN. Int J Mol Sci. 2015;16(7):14655–14668.

59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. La deficiència de nucleòtids afavoreix la inestabilitat genòmica en les primeres etapes del desenvolupament del càncer. Cèl·lula. 2011;145(3):435–446.

60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 indueix l'estrès de replicació de l'ADN mitjançant la inhibició de la ribonucleòtid reductasa. Càncer Res. 2014;74(1): 212–223.

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

62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. La transcripció de Nrf2 induïda per oncogen promou la desintoxicació de ROS i la tumorigènesi. Naturalesa. 2011;475(7354):106–109.

63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. Diferenciació induïda per danys a l'ADN de cèl·lules leucèmiques com a barrera anticancerígena. Naturalesa. 2014;514(7520):107–111.

64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Els antioxidants acceleren la progressió del càncer de pulmó en ratolins. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.

65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Especificitat mutacional de ratolins defectuosos en els gens MTH1 i/o MSH2. Reparació d'ADN (Amst). 2002;1(11):881–893.

66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Orientar BCL-2 amb l'ABT mimètic BH3-199 en càncer de mama positiu per a receptors d'estrògens. Cèl·lula Càncer. 2013;24(1):120–129.

67. Han B, Park D, Li R, et al. Antagonista de Bcl2 BH4 de molècula petita per a la teràpia del càncer de pulmó. Cèl·lula Càncer. 2015;27(6):852–863.

68. Xin M, Li R, Xie M, et al. Agonistes de Bax de molècules petites per a la teràpia del càncer. Nat Commun. 2014;5:4935.

69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. Un inhibidor organometàl·lic de l'enzim de reparació humà 7,8- dihidro-8-desoxiguanosina trifosfatasa. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(1):305–309.

70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Productes naturals en medicina: resultat transformacional de la química sintètica. J Med Chem. 2014;57(22):9292–9308.