Drugi dio Ehinakozid izaziva apoptotičku smrt stanica raka inhibirajući enzim za dezinfekciju nukleotidnog bazena MTH1

Drugi dio Kako ehinakozid inhibira apoptozu stanica i poboljšava pamćenje

Za više informacija kontaktirajte ali.ma@wecistanche.com

Kliknite ovdje za prvi dio

Diskusija

Echinacosideje prirodni spoj izolovan iz ljekovitog biljaCistanchei Echinacea. 51,52 Pokazalo se da posjeduje raznovrsna svojstva promicanja zdravlja i prevencije bolesti, uključujući neuralnu zaštitu, hepatoprotekciju i anti-inflamaciju, antiumor, antisenescenciju, antidijabetes i antitumorske aktivnosti.53–58 Najpoznatija i prihvaćena bioaktivnostEchinacosideje njegovo antioksidativno djelovanje i djelovanje na uklanjanje ROS-a;44,45 međutim, pokazalo se da uzrokuje oksidativna oštećenja DNK u stanicama raka, pri čemu osnovni mehanizmi ostaju nejasni.58 U ovoj studiji, korištenjem in vitro testa skrininga visoke propusnosti, našli smo toEchinacosideefikasno inhibirao enzimsku reakciju koju katalizira MTH{0}}. Povećanje količine enzima MTH1 smanjilo je stepen inhibicije dok povećanje količine anorganske pirofosfataze nije uticalo na inhibiciju, što ukazuje daEchinacosidespecifično inhibirao aktivnost MTH1 u in vitro testu. Tretman različitih humanih ćelijskih linija raka saEchinacosideizazvalo značajno povišenje ćelijskog 8-oxoG nivoa bez promjene ćelijskog nivoa ROS. S obzirom da je ehinakozid sam po sebi moćan antioksidans, ovi rezultati sugeriraju da je povećani intracelularni 8-oxoG nivo vjerovatno rezultat inhibicije ćelijskog MTH1 od straneEchinacoside.

Kliknite na Cistanche vitamin za pamćenje

Tretman saEchinacosideizazvao je opsežna oštećenja DNK i značajnu regulaciju G1/S-CDK blokatora p21, nakon čega je uslijedila izražena apoptotska ćelijska smrt i supresija ćelijske proliferacije posebno kod raka, ali ne iu ćelijama koje nisu raka. Nadalje, izražen gubitak potencijala mitohondrijske membrane nakonEchinacosidetretman je ukazao na aktivaciju intrinzičnog puta apoptoze. Oštećenja DNK izazvana ehinakozidom i povećanje p21 uočeni su u roku od 5 sati od tretmana, dok su apoptoza ćelija raka, poremećaj potencijala mitohondrijske membrane i inhibicija rasta uočeni 12 sati nakon početka liječenja. Ovi podaci potvrđuju da su apoptoza stanica raka i inhibicija rasta rezultat opsežnih oštećenja DNK uzrokovanih inhibicijom MTH1. Nedavne studije su pokazale da smanjenje veličine ćelijskog dNTP bazena također može izazvati stres replikacije DNK i oštećenja DNK.59,60 Međutim, 200 posto povećanje nivoa 8-oxoG u ćelijama raka tretiranim ehinakozidom je protiv mogućnost smanjene veličine dNTP bazena i Bcl2, proteina koji smanjuje veličinu dNTP bazena,60 značajno je smanjena u ćelijama raka SW480 tretiranim ehinakozidom;58 štaviše, naši podaci jasno pokazuju da ehinakozid direktno inhibira MTH1, što bi barem moglo biti djelomično odgovoran za oštećenja DNK i ćelijske efekte uzrokovane ehinakozidom. Skup dNTP je kritična meta ROS-a, a oksidirani dNTP-ovi su važni izvori oksidativnih oštećenja DNK.3,10 DNK SSB-ovi i DSB-ovi povezani s popravkom mogu dovesti do ćelijskog starenja i apoptoze, koji su uključeni u starenje i bolesti povezane sa starenjem, 61 i također služe kao barijera za tumorigenezu. Stoga se vjeruje da je smanjenje oštećenja DNK izazvanih ROS antioksidansima korisno za cjelokupno zdravlje. Međutim, nekoliko nedavnih studija pokazalo je da antioksidansi također mogu promovirati razvoj nekih vrsta raka.62–64 Ćelije raka stvaraju mnogo veći ROS i kritično zavise od efikasne eliminacije oksidiranih nukleotida za preživljavanje i proliferaciju.3,30,32 ,33

Prekomjerna ekspresija MTH1 je najvažnija strategija koju ćelije raka koriste da se nose sa smrtonosnim teretom oksidiranih dNTP.23,24,26–28 Inhibicija MTH1 je efikasno ubila ćelije raka,3,29,30,32,33 dok cilja na MTH1 u normalnom ćelije nisu imale uticaja na preživljavanje,32,33 i MTH1 nokaut miševi su uglavnom bili normalni.65 Konzistentno, takođe smo pokazali da tretman sa ehinakozidom izaziva apoptozu i potiskuje ćelijsku proliferaciju posebno u ćelijama raka, ali ne i u ćelijama koje nisu raka. Stoga, za razliku od trenutnih kemoterapija i radioterapija koje ciljaju normalne i tumorske ćelije neselektivno, inhibicija MTH1 ubija stanice raka visoko selektivno korištenjem obilja oksidiranih nukleotidnih prekursora u tumorima. S druge strane, terapije koje ciljaju genotipske razlike između normalnih i specifičnih tipova raka u personaliziranom pristupu pokazale su impresivne rezultate, ali su također ograničene visokim stupnjem intratumorske heterogenosti i visokim stopama mutacija u stanicama raka. Nasuprot tome, inhibicija MTH1 cilja na fenotip koji razlikuje većinu ćelija raka od normalnih ćelija i stoga predstavlja novu strategiju protiv raka koja nije ograničena genetskim adaptacijama. Zanimljivo je da su razvijeni antagonisti malih molekula antiapoptoznog proteina Bcl266,67 i agonisti proapoptoze Bax68 i pokazalo se da su obećavajući novi agensi protiv raka. S obzirom na njihove komplementarne mehanizme djelovanja, kombinacija inhibitora MTH1 i hemikalija koje potiču apoptozu stvorila bi uzbudljivu novu generaciju lijekova protiv raka. Po prvi put smo pokazali novu funkciju ehinakozida kao prirodnog spoja protiv raka. U in vitro testu, ehinakozid je inhibirao MTH1 sa IC50 od 7,01 μM. Ova vrijednost IC50 je viša od one inhibitora MTH1 koji su do sada prijavljeni.32,33,69 Koristeći (S)-krizotinib kao pozitivnu kontrolu, pokazali smo da je naš test sedam puta manje osjetljiv od onog koji su koristili Huber et al.33 , stvarni IC50 ehinakozida će vjerovatno biti niži. Ipak, da bi se razvio kao terapeutski agens, efikasnost prirodne molekule ehinakozida će verovatno morati da se poboljša. Kao prirodni proizvod koji se dugo vremena koristio kao biljni lijek, ehinakozid bi mogao poslužiti kao dobra hemijska osnova za razvoj efikasnih i vjerovatno sigurnih inhibitora MTH1.37,70 S obzirom na to da su prirodni proizvodi bili bogat izvor novih hemijskih skela za racionalni dizajn lijekova zasnovan na strukturi,70 pristupi slični onome što smo ovdje koristili, zajedno s velikim interesima za prirodne proizvode za otkrivanje lijekova, bit će korisni u pronalaženju novih lijekova zasnovanih na ciljanoj, efikasnih i sigurnih.

Priznanje

Ovu studiju podržao je startap fond sa Univerziteta Jilin.

Otkrivanje

Autori navode da nema sukoba interesa u ovom radu.

Reference

1 Topal MD, Baker MS. Skup DNK prekursora: značajna meta za N-metil-N-nitrozoureu u C3H/10T1/2 ćelijama klona 8. Proc Natl Acad Sci US A. 1982;79(7):2211–2215.

2. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, et al. Oksidacija mitohondrijalnih deoksinukleotidnih pulova izlaganjem natrijum nitroprusidu izaziva smrt ćelije. Popravak DNK (Amst). 2008;7(3):418–430.

3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. Neophodna je kontinuirana eliminacija oksidiranih nukleotida kako bi se spriječio brzi početak ćelijskog starenja. Proc Natl Acad Sci US A. 2009;106(1):169–174.

4. Katafuchi A, Nohmi T. DNK polimeraze uključene u inkorporaciju oksidiranih nukleotida u DNK: njihova efikasnost i preferencija baze šablona. Mutat Res. 2010;703(1):24–31.

5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Otkrivanje citotoksičnosti oksidiranog nukleotida izazvane polimerazom. Priroda. 2015;517(7536):635–639.

6. Dizdaroglu M. Oksidativno indukovana oštećenja DNK i njena popravka kod raka. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212–245.

7. Nakabeppu Y. Ćelijski nivoi 8-oksogvanina bilo u DNK ili u nukleotidnom bazenu igraju ključnu ulogu u karcinogenezi i preživljavanju ćelija raka. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.

8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. Kiseonik kao prijatelj i neprijatelj: kako se boriti protiv mutacionog potencijala 8-okso-guanina. Popravak DNK (Amst). 2010;9(6):604–616.

9. Pfeifer GP, Besaratinia A. Mutacijski spektri humanog raka. Hum Genet. 2009;125(5–6):493–506.

10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. Oksidirani deoksinukleozid trifosfatni bazen značajno doprinosi genetskoj nestabilnosti u ćelijama sa nedostatkom popravka neusklađenosti. Mol Cell Biol. 2004;24(1): 465–474.

11. Kamiya H. Mutagenost oksidiranih prekursora DNK u živim ćelijama: uloge dezinfekcije nukleotidnog bazena i enzima za popravku DNK, te DNK polimeraze translezione sinteze. Mutat Res. 2010;703(1): 32–36.

12. Nagy GN, Leveles I, Vértessy BG. Preventivna popravka DNK dezinfekcijom ćelijskog (deoksi)nukleozid trifosfatnog bazena. FEB J. 2014;281(18):4207–4223.

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

14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. Ljudski MTH1 protein hidrolizira oksidirani ribonukleotid, 2-hidroksi-ATP. Nukleinske kiseline Res. 2001;29(2):449–454. 15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Programirana ćelijska smrt izazvana oštećenjem nukleotidnog bazena i prevencijom MutT homologa-1 (MTH1) sa oksidiranom purin nukleozid trifosfatazom. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.

16. Dizdaroglu M. Oksidativno indukovano oštećenje DNK: mehanizmi, popravak i bolest. Cancer Lett. 2012;327(1–2):26–47.

17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. Popravak neusklađenosti DNK i oksidativno oštećenje DNK: implikacije na biologiju i liječenje raka. Rakovi (Bazel). 2014;6(3):1597–1614. 18. Caldecott KW. Popravak loma jednog lanca i genetska bolest. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.

19. Klement K, Goodarzi AA. Odgovori na lomljenje dvostrukog lanca DNK i promjene kromatina unutar stanice koja stari. Exp Cell Res. 2014;329(1): 42–52.

20. Schulze A, Harris AL. Kako je metabolizam raka podešen za proliferaciju i ranjiv na poremećaje. Priroda. 2012;491(7424):364–373. 21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulacija metabolizma ćelija raka. Nat Rev Cancer. 2011;11(2):85–95.

22. Rai P. Human Mut T homolog 1 (MTH1): prepreka za tumor-supresivne efekte onkogenih Ras-indukovanih ROS. Male GTPaze. 2012;3(2):120–125.

23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Prekomjerna ekspresija hMTH1 mRNA: molekularni marker oksidativnog stresa u stanicama raka pluća. FEBS Lett. 1998;429:17–20.

24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Akumulacija 8-okso-2′-deoksiguanozina i povećana ekspresija hMTH1 proteina u tumorima mozga. Neuro Oncol. 2001;3:73–81.

25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. Ovisnost o proteinu MTH1 rezultira intenzivnom ekspresijom u tkivu raka dojke kod ljudi mjereno tečnom hromatografijom-izotop-razrjeđivanjem tandem masenom spektrometrijom. Popravak DNK (Amst). 2015;33:101–110. 26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Simek A, Foksinski M, Olinski R. Učešće oksidativno oštećene DNK i popravka u razvoju raka i starenju. Am J Transl Res. 2010;2(3):254–284.

27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Doprinos hMTH1 održavanju nivoa 8-oksogvanina u DNK pluća pacijenata sa karcinomom pluća nemalih ćelija. J Natl Cancer Inst. 2005;97(5):384–395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Ekspresija humanog MutT homologa (hMTH1) proteina u primarnim karcinomima pluća ne-malih ćelija i histološki normalnom okolnom tkivu. Free Radic Biol Med. 2003;34(11):1447–1457.

29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. Poboljšana eliminacija oksidiranih nukleotida gvanina inhibira onkogeno Ras-indukovano oštećenje DNK i prerano starenje. Onkogen. 2011;30(12):1489–1496.

30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Tumorigeneza pluća povezana s nokautom Ogg1 i njena supresija disrupcijom Mth1 gena. Cancer Res. 2003;63:902–905.

31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. MutT homolog 1 (MTH1) održava višestruke pro-maligne puteve vođene KRAS-om. Onkogen. 2015;34(20):2586–2596.

32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. Inhibicija MTH1 eliminira rak sprečavajući sanitaciju dNTP bazena. Priroda. 2014; 508(7495):215–221.

33. Huber KV, Salah E, Radić B, et al. Stereospecifično ciljanje MTH1 pomoću (S)-krizotiniba kao strategija protiv raka. Priroda. 2014;508(7495): 222–227.

34. Giribaldi MG, Munoz A, Halvorsen K, Patel A, Rai P. Ekspresija MTH1 je potrebna za efikasnu transformaciju onkogenim HRAS. Oncotarget. 2015;6(13):11519–11529.

35. Bauer A, Bronstrup M. Industrijska hemija prirodnih proizvoda za otkrivanje i razvoj lijekova. Nat Prod Rep. 2014;31(1):35–60.

36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Anti-inflamatorni i antikancerogeni lijekovi iz prirode. Cancer Treat Res. 2014; 159:123–143.

37. Li JW, Vederas JC. Otkriće droga i prirodni proizvodi: kraj jedne ere ili beskrajna granica? Nauka. 2009;325(5937):161–165.

38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Antikancerogena sredstva izvedena iz prirodnih proizvoda. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.

39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Prirodna jedinjenja za lečenje i prevenciju raka. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378.

40. Hsiao WL, Liu L. Uloga tradicionalnih kineskih biljnih lijekova u terapiji raka – od teorije TCM do mehaničkih uvida. Planta Med. 2010;76(11):1118–1131.

41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. Malahit zelena procedura za određivanje ortofosfata i njegova upotreba u imuno testu enzima baziran na alkalnoj fosfatazi. Anal Biochem. 1988;171(2):266–270.

42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Direktna detekcija 8-oksodeoksiguanozina i 8-oksoguanina pomoću avidina i njegovih analoga. Anal Biochem. 1998;255(1):20–31.

43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oksoguanin uzrokuje neurodegeneraciju tokom popravke ekscizijske baze DNK posredovane MUTYH. J Clin Invest. 2012;122(12):4344–4361.

44. Xiong Q, Kadota S, Tani T, Namba T. Antioksidativni efekti feniletanoida izCistanche deserticola. Biol Pharm Bull. 1996;19(12): 1580–1585.

45. Hu C, Kitts DD. Istraživanja antioksidativnog djelovanja ekstrakta korijena ehinacee. J Agric Food Chem. 2000;48(5):1466–1472.

46. ​​Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Popravak ekscizije baze i rak. Cancer Lett. 2012;327(1–2):73–89. 47. Caldecott KW. Popravak jednolančanog prekida DNK. Exp Cell Res. 2014; 329(1):2–8.

48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. P53 vezujući protein 1 (53BP1) je rani učesnik u ćelijskom odgovoru na prekide dvolančanih DNK. J Cell Biol. 2000;151(7):1381–1390.

49. Li YY, Wang L, Lu CD. E2F mjesto u 5′-promotorskoj regiji doprinosi serumu ovisnoj up-regulaciji gena nuklearnog antigena ljudske proliferirajuće ćelije. FEBS Lett. 2003;544(1–3):112–118.

50. González Besteiro MA, Gottifredi V. Vilica i kinaza: priča o replikaciji DNK iz perspektive CHK1. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:168–180.

51. Wang Y, Hao H, Wang G, et al. Pristup identifikaciji sekvencijalnih metabolita tipičnog feniletanoidnog glikozida, ehinakozida, baziran na tečnoj hromatografiji-jonski trap-time analize masene spektrometrije leta. Talanta. 2009;80(2):572–580.

52. Hudson JB. Primjena fitomedicine Echinacea purpurea (ljubičasta šišarka) kod zaraznih bolesti. J Biomed Biotechnol. 2012; 2012:769896.

53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. Opća sintetička strategija i svojstva protiv proliferacije na ćelijskim linijama raka prostate za prirodne feniletanoidne glikozide. Org Biomol Chem. 2014;12(18):2926–2937.

54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. Fenetil ester kafeinske kiseline potencijalno je terapeutsko sredstvo za oralni karcinom. Int J Mol Sci. 2015;16(5): 10748–10766.

55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Echinacoside ublažava akutnu ozljedu jetre uzrokovanu D-galaktozaminom plus lipopolisaharidom kod miševa putem inhibicije apoptoze i upale. Scand J Gastroen-terol. 2014;49(8):993–1000.

56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Antiproliferativni učinak ehinakozida na glatke mišićne stanice plućne arterije pacova pod hipoksijom. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163.

57. Zhu M, Lu C, Li W. Prolazna izloženost ehinakozidu je dovoljna da aktivira Trk signalizaciju i zaštiti neuronske ćelije od rotenona. J Neurochem. 2013;124(4):571–580.

58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. Ehinakozid inducira apoptozu u ljudskim ćelijama kolorektalnog karcinoma SW480 indukcijom oksidativnih oštećenja DNK. Int J Mol Sci. 2015;16(7):14655–14668.

59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. Nedostatak nukleotida potiče genomsku nestabilnost u ranim fazama razvoja raka. Cell. 2011;145(3):435–446.

60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 inducira stres replikacije DNK inhibirajući ribonukleotid reduktazu. Cancer Res. 2014;74(1): 212–223.

61. Ventura I, Russo MT, De Luca G, Bignami M. Oksidirani purinski nukleotidi, nestabilnost genoma i neurodegeneracija. Mutat Res. 2010; 703(1):59–65.

62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. Onkogenom indukovana Nrf2 transkripcija potiče detoksikaciju ROS-a i tumorigenezu. Priroda. 2011;475(7354):106–109.

63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. Diferencijacija leukemijskih ćelija izazvana oštećenjem DNK kao barijera protiv raka. Priroda. 2014;514(7520):107–111.

64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Antioksidansi ubrzavaju napredovanje raka pluća kod miševa. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.

65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Mutacijska specifičnost miševa s defektom u MTH1 i/ili MSH2 genima. Popravak DNK (Amst). 2002;1(11):881–893.

66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Ciljanje BCL-2 sa BH3 mimetičkim ABT-199 kod raka dojke pozitivnog na estrogenski receptor. Cancer Cell. 2013;24(1):120–129.

67. Han B, Park D, Li R, et al. Bcl2 BH4 antagonist male molekule za terapiju raka pluća. Cancer Cell. 2015;27(6):852–863.

68. Xin M, Li R, Xie M, et al. Bax agonisti malih molekula za terapiju raka. Nat Commun. 2014;5:4935.

69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. Organometalni inhibitor za enzim ljudske popravke 7,8- dihidro-8-deoksiguanozin trifosfataze. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(1):305–309.

70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Prirodni proizvodi u medicini: transformacijski ishod sintetičke kemije. J Med Chem. 2014;57(22):9292–9308.