DEEL 2 Echinacoside induceert apoptotische kankerceldood door remming van het nucleotidepool-ontsmettingsenzym MTH1

KLIK HIER HET DEEL 1

Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:Joanna.jia@wecistanche.com

Discussie

Echinacosideis een natuurlijke verbinding geïsoleerd uit de geneeskrachtige planten Cistanche en Echinacea.51,52 Het is aangetoond dat het veelzijdige gezondheidsbevorderende en ziektepreventieve eigenschappen bezit, waaronder neurale bescherming, hepatoprotectie, ontstekingsremmende, antivermoeidheids-, antisenescentie-, antidiabetes- en antitumorwerking. 53–58 De bekendste en meest geaccepteerde biologische activiteit vanEchinacosideis de antioxidatieve en ROS-wegvangende werking;44,45 er is echter ook aangetoond dat het oxidatieve DNA-schade veroorzaakt in kankercellen, waarbij de onderliggende mechanismen onduidelijk blijven.58 In de huidige studie, met behulp van een high-throughput in een vitro screeningsassay , we hebben gevonden datEchinacosideremde effectief de door MTH1-gekatalyseerde enzymatische reactie. Het verhogen van de hoeveelheid van het MTH1-enzym verminderde de mate van remming, terwijl het verhogen van de hoeveelheid anorganische pyrofosfatase geen invloed had op de remming, wat aangeeft datEchinacosideremde specifiek de activiteit van MTH1 in de in vitro test. Behandeling van verschillende menselijke kankercellijnen met:Echinacosideveroorzaakte een aanzienlijke verhoging van het cellulaire 8-oxoG-niveau zonder het cellulaire ROS-niveau te veranderen. Aangezien echinacoside zelf een krachtige antioxidant is, suggereerden deze resultaten dat het verhoogde intracellulaire 8-oxoG-niveau waarschijnlijk het gevolg was van de remming van cellulair MTH1 doorEchinacosideBehandeling met echinacoside veroorzaakte uitgebreide DNA-schade en significante opregulatie van de G1/S-CDK-blokker p21, die werd gevolgd door duidelijke apoptotische celdood en onderdrukking van celproliferatie, specifiek bij kanker, maar niet in de niet-kankercellen. Bovendien is een prominent verlies van mitochondriaal membraanpotentiaal na

Cistanche deserticola heeft veel effecten, klik hier voor meer informatie

Echinacosidebehandeling duidde op activering van de intrinsieke apoptose-route.Echinacoside-geïnduceerde DNA-schade en opregulatie van p21 werden waargenomen binnen 5 uur na de behandeling, terwijl apoptose van kankercellen, verstoring van het mitochondriale membraanpotentieel en groeiremming 12 uur na het begin van de behandeling werden waargenomen. Deze gegevens ondersteunen dat apoptose van kankercellen en groeiremming het resultaat waren van de uitgebreide DNA-schade veroorzaakt door de remming van MTH1. Recente onderzoeken hebben aangetoond dat een vermindering van de grootte van de cellulaire dNTP-pool ook DNA-replicatiestress en DNA-schade kan veroorzaken.59,60 Echter, -200 procent toename van 8-oxoG-niveau in deEchinacoside-behandelde kankercellen pleiten tegen de mogelijkheid van een verminderde dNTP-poolgrootte, en Bcl2, een eiwit dat de dNTP-poolgrootte vermindert,60 was significant verminderd inEchinacoside-behandelde SW480-kankercellen;58 bovendien toonden onze gegevens duidelijk aan dat:Echinacosideremde direct MTH1, wat op zijn minst gedeeltelijk verantwoordelijk zou kunnen zijn voor de DNA-schade en cellulaire effecten veroorzaakt door Echinacoside. De dNTP-pool is een cruciaal doelwit van ROS en geoxideerde dNTP's zijn belangrijke bronnen van oxidatieve DNA-schade.3,10Repair-geassocieerde DNA SSB's en DSB's kunnen leiden tot cellulaire veroudering en apoptose, die betrokken zijn bij veroudering en verouderingsgerelateerde ziekten,61 en ook dienen als een barrière voor tumorigenese. Zo wordt aangenomen dat het verminderen van ROS-geïnduceerde DNA-schade door antioxidanten gunstig is voor de algehele gezondheid. Verschillende recente onderzoeken hebben echter aangetoond dat antioxidanten ook de ontwikkeling van sommige soorten kanker kunnen bevorderen.62–64 Kankercellen genereren een veel hogere ROS en zijn in grote mate afhankelijk van de efficiënte eliminatie van geoxideerde nucleotiden voor overleving en proliferatie.3,30,32, 33 Overexpressie van MTH1 is de belangrijkste strategie die kankercellen gebruiken om de dodelijke last van geoxideerde dNTP's het hoofd te bieden.23,24,26-28 Remming van MTH1 doodde kankercellen efficiënt,3,29,30,32,33 normale cellen hadden geen invloed op de overleving, 32,33 en MTH1-knock-out muizen waren grotendeels normaal.65 Consistent toonden we ook aan dat behandeling met echinacoside apoptose induceerde en celproliferatie onderdrukte, specifiek bij kanker, maar niet in niet-kankercellen. Dus, in tegenstelling tot de huidige chemotherapieën en radiotherapieën die zich zonder onderscheid richten op normale en tumorcellen, doodt de remming van MTH1 kankercellen zeer selectief door gebruik te maken van de overvloedige geoxideerde nucleotide-precursoren in tumoren. Aan de andere kant hebben therapieën die zich richten op genotypeverschillen tussen normale en specifieke soorten kanker in een gepersonaliseerde benadering indrukwekkende resultaten laten zien, maar ze worden ook beperkt door de hoge mate van intratumorheterogeniteit en hoge mutatiesnelheden in kankercellen. Remming van MTH1 daarentegen richt zich op een fenotype dat de meeste kankercellen onderscheidt van normale cellen en vertegenwoordigt daarom een ​​nieuwe antikankerstrategie die niet wordt beperkt door genetische aanpassingen. Interessant is dat kleine molecuul-antagonisten van het anti-apoptose-eiwit Bcl266,67 en agonisten van de pro-apoptose Bax68 zijn ontwikkeld en waarvan is aangetoond dat ze veelbelovende nieuwe middelen tegen kanker zijn. Gezien hun complementaire werkingsmechanismen, zou het combineren van MTH1-remmers en apoptose-bevorderende chemicaliën een opwindende nieuwe generatie geneesmiddelen tegen kanker creëren.

Cistancheechinacosideeen uitkering

Voor het eerst hebben we een nieuwe functie gedemonstreerd voor:Echinacosideals een natuurlijke stof tegen kanker. In de in vitro-test,Echinacosideremde MTH1 met een IC50 van 7,01 M. Deze IC50-waarde is hoger dan die van de tot nu toe gerapporteerde MTH1-remmers.32,33,69 Met (S)-crizotinib als positieve controle toonden we aan dat onze test zevenmaal minder gevoelig is dan die van Huber et al.33 , zal de werkelijke IC50 van Echinacoside waarschijnlijk lager zijn. Desalniettemin, om het als een therapeutisch middel te ontwikkelen, is de werkzaamheid van de natuurlijkeEchinacosidemolecuul zal waarschijnlijk moeten worden verbeterd. Als een natuurlijk product dat lange tijd als kruidengeneesmiddel wordt gebruikt, zou Echinacoside kunnen dienen als een goede chemische steiger voor het ontwikkelen van efficiënte en waarschijnlijk veilige MTH1-remmers.37,70 Aangezien natuurlijke producten een rijke bron van nieuwe chemische steigers zijn geweest voor rationeel, op structuren gebaseerd medicijnontwerp, 70 benaderingen die vergelijkbaar zijn met wat we hier hebben gebruikt, samen met de enorme interesse in natuurlijke producten voor het ontdekken van medicijnen, zullen nuttig zijn bij het vinden van op doelwitten gebaseerde, effectieve en veilige nieuwe medicijnen.

Cistancheechinacosidenierziekte behandelen

Erkenning

Dit onderzoek werd ondersteund door een startup-fonds van Jilin University.

Openbaring

De auteurs melden geen belangenconflicten in dit werk

cistancheechinacoside: bescherming tegen kankerorgaan

Referenties

1. Topal MD, Baker MS. DNA-precursorpool: een significant doelwit voor N-methyl-N-nitrosourea in C3H/10T1/2-kloon 8-cellen. Proc Natl Acad Sci VS A. 1982; 79 (7): 2211-2215.2. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, et al. Oxidatie van mitochondriale deoxynucleotidepools door blootstelling aan natriumnitroprusside induceert celdood. DNA-reparatie (Amst). 2008;7(3):418–430.3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. Continue eliminatie van geoxideerde nucleotiden is noodzakelijk om een ​​snel begin van cellulaire veroudering te voorkomen. Proc Natl Acad Sci VS A. 2009;106(1):169–174.4. Katafuchi A, Nohmi T. DNA-polymerasen die betrokken zijn bij de opname van geoxideerde nucleotiden in DNA: hun efficiëntie en voorkeur voor templatebase. Mutat Res. 2010;703(1):24-31.5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Het blootleggen van de door polymerase geïnduceerde cytotoxiciteit van een geoxideerd nucleotide. Natuur. 2015;517(7536):635–639.6. Dizdaroglu M. Oxidatief geïnduceerde DNA-schade en het herstel ervan bij kanker. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212–245.7. Nakabeppu Y. Cellulaire niveaus van 8-oxoguanine in DNA of de nucleotidepool spelen een cruciale rol bij de carcinogenese en overleving van kankercellen. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. Zuurstof als vriend en vijand: hoe het mutatiepotentieel van 8-oxo-guanine te bestrijden. DNA-reparatie (Amst). 2010;9(6):604-616.9. Pfeifer GP, Besaratinia A. Mutatiespectra van kanker bij de mens. Hum Genet. 2009;125(5–6):493–506.10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. De geoxideerde deoxynucleoside-trifosfaatpool levert een belangrijke bijdrage aan genetische instabiliteit in cellen met een mismatch-reparatie. Mol Cell Biol. 2004;24(1):465–474.11. Kamiya H. Mutageniteit van geoxideerde DNA-precursoren in levende cellen: rollen van nucleotidepoolsanitisatie en DNA-reparatie-enzymen, en translesiesynthese DNA-polymerasen. Mutat Res. 2010;703(1):32–36.12. Nagy GN, Leveles I, Vértessy BG. Preventief DNA-herstel door de cellulaire (deoxy)nucleosidetrifosfaatpool te ontsmetten. FEBS J. 2014;281(18):4207–4223.13. McLennan AG. De Nudix hydrolase superfamilie. Cel Mol Leven Sci. 2006;63(2):123–143.14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. Menselijk MTH1-eiwit hydrolyseert het geoxideerde ribonucleotide, 2-hydroxy-ATP. Nucleïnezuren Res. 2001;29(2):449–454.15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Geprogrammeerde celdood veroorzaakt door beschadiging van de nucleotidepool en de preventie ervan door MutT-homoloog-1 (MTH1) met geoxideerd purine-nucleoside-trifosfatase. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.16. Dizdaroglu M. Oxidatief geïnduceerde DNA-schade: mechanismen, reparatie en ziekte. Kanker Let. 2012;327(1–2):26–47.17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. Herstel van DNA-mismatches en oxidatieve DNA-schade: implicaties voor de biologie en behandeling van kanker. Kankers (Bazel). 2014;6(3):1597–1614.18. Caldecott KW. Enkelstrengs breukherstel en genetische ziekte. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.19. Klement K, Goodarzi AA. DNA dubbelstrengs breukreacties en chromatineveranderingen in de verouderende cel. Exp Cell Res. 2014;329(1):42-52.20. Schulze A, Harris AL. Hoe het metabolisme van kanker is afgestemd op proliferatie en kwetsbaar is voor verstoring. Natuur. 2012;491(7424):364–373.21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulering van het metabolisme van kankercellen. Nat Rev Kanker. 2011;11(2):85–95.22. Rai P. Human Mut T-homoloog 1 (MTH1): een wegversperring voor de tumoronderdrukkende effecten van oncogene Ras-geïnduceerde ROS. Kleine GTPases. 2012;3(2):120–125.23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Overexpressie van hMTH1-mRNA: een moleculaire marker van oxidatieve stress in longkankercellen. FEBS Lett. 1998;429:17-20.24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Accumulatie van 8-oxo-2′-deoxyguanosine en verhoogde expressie van hMTH1-eiwit in hersentumoren. Neuro Oncol. 2001;3:73-81.25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. Verslaving aan MTH1-eiwit resulteert in intense expressie in menselijk borstkankerweefsel, zoals gemeten met vloeistofchromatografie-isotoop-verdunning tandem massaspectrometrie. DNA-reparatie (Amst). 2015;33:101–110.26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Siomek A, Foksinski M, Olinski R. Betrokkenheid van oxidatief beschadigd DNA en herstel bij de ontwikkeling en veroudering van kanker. Ben J Transl Res. 2010;2(3):254–284.27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Bijdrage van hMTH1 aan het in stand houden van 8-oxoguaninespiegels in long-DNA van niet-kleincellige longkankerpatiënten. J Natl Kanker Inst. 2005;97(5):384-395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Expressie van humaan MutT homoloog (hMTH1) eiwit in primaire niet-kleincellige longcarcinomen en histologisch normaal omringend weefsel. Vrije Radic Biol Med. 2003;34(11):1447-1457.29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. Verbeterde eliminatie van geoxideerde guanine-nucleotiden remt oncogene Ras-geïnduceerde DNA-schade en vroegtijdige veroudering. oncogeen. 2011;30(12):1489-1496.30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Ogg1-knock-out-geassocieerde longtumorigenese en de onderdrukking ervan door Mth1-genverstoring. Kanker onderzoek. 2003;63:902-905.31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. MutT-homoloog 1 (MTH1) onderhoudt meerdere door KRAS aangestuurde pro-maligne routes. oncogeen. 2015;34(20):2586-2596.32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. MTH1-remming roeit kanker uit door sanitatie van de dNTP-pool te voorkomen. Natuur. 2014;508(7495):215-221.33. Huber KV, Salah E, Radic B, et al. Stereospecifieke targeting van MTH1 door (S)-crizotinib als een strategie tegen kanker. Natuur. 2014;508(7495):222-227.34. Giribaldi MG, Munoz A, Halvorsen K, Patel A, Rai P. MTH1-expressie is vereist voor effectieve transformatie door oncogene HRAS. Oncodoel. 2015;6(13)::11519–11529.35. Bauer A, Bronstrup M. Industriële natuurlijke productchemie voor het ontdekken en ontwikkelen van geneesmiddelen. Nat Prod Rep. 2014;31(1):35–60.36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Ontstekingsremmende en kankerbestrijdende medicijnen uit de natuur. Kankerbehandeling Res. 2014;159:123–143.37. Li JW, Vederas JC. Drugsontdekking en natuurlijke producten: einde van een tijdperk of een eindeloze grens? Wetenschap. 2009; 325 (5937): 161-165,38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Antikankermiddelen afgeleid van natuurlijke producten. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Natuurlijke verbindingen voor de behandeling en preventie van kanker. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378,40. Hsiao WL, Liu L. De rol van traditionele Chinese kruidengeneesmiddelen bij kankertherapie - van TCM-theorie tot mechanistische inzichten. Planta Med. 2010;76(11)::1118-1131.41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. Een malachietgroene procedure voor de bepaling van orthofosfaat en het gebruik ervan in op alkalische fosfatase gebaseerde enzymimmunoassay. Anale Biochem. 1988;171(2):266-270.42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Directe detectie van 8-oxodeoxyguanosine en 8-oxoguanine door avidine en zijn analogen. Anale Biochem. 1998;255(1):20-31.43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oxoguanine veroorzaakt neurodegeneratie tijdens MUTYH-gemedieerde DNA-base-excisieherstel. J Clin Invest. 2012;122(12):4344–4361.44. Xiong Q, Kadota S, Tani T, Namba T. Antioxidatieve effecten van fenylethanoïden van Cistanche deserticola. Biol Pharm Bull. 1996;19(12):1580-1585,45. Hu C, Kitts DD. Onderzoek naar de antioxiderende werking van Echinacea-wortelextract. J Agric Food Chem. 2000;48(5):1466-1472.46. Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Herstel van basisexcisie en kanker. Kanker Let. 2012;327(1–2):73–89,47. Caldecott KW. DNA enkelstrengs breukreparatie. Exp Cell Res. 2014;329(1):2–8.48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. p53-bindend eiwit 1 (53BP1) is een vroege deelnemer in de cellulaire respons op dubbelstrengs DNA-breuken. J Cell Biol. 2000;151(7):1381-1390.49. Li YY, Wang L, Lu CD. Een E2F-plaats in het 5'-promotergebied draagt ​​bij aan serumafhankelijke opregulatie van het humane prolifererende celkernantigeengen. FEBS Lett. 2003; 544 (1–3): 112-118,50. González Besteiro MA, Gottifredi V. De vork en de kinase: een DNA-replicatieverhaal vanuit een CHK1-perspectief. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:168–180.51. Wang Y, Hao H, Wang G, et al. Een benadering voor het identificeren van sequentiële metabolieten van een typisch fenylethanoïde glycoside, echinacoside, op basis van vloeistofchromatografie-ion trap-time of flight massaspectrometrie-analyse. Talant. 2009;80(2):572-580.52. Hudson JB. Toepassingen van de fytogeneeskunde Echinacea purpurea (paarse zonnehoed) bij infectieziekten. J Biomed Biotechnologie. 2012;2012:769896.53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. Een algemene synthetische strategie en de anti-proliferatie-eigenschappen op prostaatkankercellijnen voor natuurlijke fenylethanoïde glycosiden. Org Biomol Chem. 2014;12(18):2926–2937.54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. Cafeïnezuurfenethylester is een potentieel therapeutisch middel voor orale kanker. Int J Mol Sci. 2015;16(5):10748–10766.55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Echinacoside verbetert D-galactosamine plus door lipopolysaccharide geïnduceerde acute leverbeschadiging bij muizen via remming van apoptose en ontsteking. Scand J Gastroen terol. 2014;49(8):993-1000.56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Antiproliferatief effect van echinacoside op gladde spiercellen van de longslagader van ratten onder hypoxie. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163.57. Zhu M, Lu C, Li W. Voorbijgaande blootstelling aan echinacoside is voldoende om Trk-signalering te activeren en neuronale cellen te beschermen tegen rotenon. JNeurchem. 2013;124(4):571-580.58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. Echinacoside induceert apoptose in menselijke SW480 colorectale kankercellen door inductie van oxidatieve DNA-schade. Int J Mol Sci. 2015;16(7):14655–14668.59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. Nucleotidedeficiëntie bevordert genomische instabiliteit in vroege stadia van kankerontwikkeling. Cel. 2011;145(3):435-446.60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 induceert DNA-replicatiestress door ribonucleotidereductase te remmen. Kanker onderzoek. 2014;74(1):212–223.61. Ventura I, Russo MT, De Luca G, Bignami M. Geoxideerde purinenucleotiden, genoominstabiliteit en neurodegeneratie. Mutat Res. 2010;703(1):59–65.62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. Oncogen-geïnduceerde Nrf2-transcriptie bevordert ROS-ontgifting en tumorigenese. Natuur. 2011;475(7354):106–109,63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. Door DNA-schade geïnduceerde differentiatie van leukemische cellen als een barrière tegen kanker. Natuur. 2014;514(7520):107–111,64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Antioxidanten versnellen de progressie van longkanker bij muizen. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Mutatiespecificiteit van muizen met een defect in de MTH1- en/of de MSH2-genen. DNA-reparatie (Amst). 2002;1(11):881-893.66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Gericht op BCL-2 ​​met de BH3-mimetische ABT-199 bij oestrogeenreceptor-positieve borstkanker. Kanker cel. 2013;24(1):120–129.67. Han B, Park D, Li R, et al. Klein-molecuul Bcl2 BH4-antagonist voor longkankertherapie. Kanker cel. 2015;27(6):852–863.68. Xin M, LiR, Xie M, et al. Bax-agonisten met kleine moleculen voor kankertherapie. Nat Comm. 2014;5:4935.69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. Een organometaalremmer voor het menselijke reparatie-enzym 7,8-dihydro-8-deoxyguanosinetrifosfatase. Angew Chem Int. Ed Engl. 2014;53(1):305–309.70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Natuurlijke producten in de geneeskunde: transformationele uitkomst van synthetische chemie. J Med Chem. 2014;57(22):9292–9308.OncoTargets and Therapy 2015:8 dien uw manuscript in|www.dovepress.comDovepress