DEL 2 Echinakosid inducerar apoptotisk cancercellsdöd genom att hämma Nukleotidpoolens desinficerande enzym MTH1

KLICKA HÄR DEL 1

För mer information vänligen kontakta:Joanna.jia@wecistanche.com

Diskussion

Echinacosideär en naturlig förening isolerad från medicinalväxterna Cistanche och Echinacea.51,52 Den har visat sig ha mångsidiga hälsofrämjande och sjukdomsförebyggande egenskaper, inklusive neuralt skydd, hepatoskydd, antiinflammation, mot trötthet, antisenescens, antidiabetes och antitumöraktiviteter. 53–58 Den mest kända och accepterade bioaktiviteten avEchinacosideär dess antioxidativa och ROS-avlägsnande verkan;44,45 men det har också visat sig orsaka oxidativa DNA-skador i cancerceller, med de underliggande mekanismerna förblir oklara.58 I den föreliggande studien använder man en hög genomströmning in vitro-screeningsanalys , vi hittade detEchinacosidehämmade effektivt den MTH1-katalyserade enzymatiska reaktionen. En ökning av mängden MTH1-enzymet minskade graden av hämning medan en ökning av mängden oorganiskt pyrofosfatas inte påverkade hämningen, vilket indikerar attEchinacosidehämmade specifikt aktiviteten av MTH1 i in vitro-analysen. Behandling av olika humana cancercellinjer medEchinacosideorsakade signifikant höjning av den cellulära 8-oxoG-nivån utan att ändra den cellulära ROS-nivån. Med tanke på att Echinacoside i sig är en potent antioxidant, antydde dessa resultat att den ökade intracellulära 8-oxoG-nivån sannolikt berodde på hämningen av cellulär MTH1 avEchinacoside.Behandling med Echinacoside orsakade omfattande DNA-skador och betydande uppreglering av G1/S-CDK-blockeraren p21, som följdes av markant apoptotisk celldöd och undertryckande av cellproliferation specifikt i cancer men inte i icke-cancerceller. Dessutom en framträdande förlust av mitokondriell membranpotential efter

Cistanche deserticola har många effekter, klicka här för att veta mer

Echinacosidebehandling indikerade aktivering av den inneboende apoptosvägen.Echinacoside-inducerade DNA-skador och uppreglering av p21 observerades inom 5 timmar efter behandling, medan cancercellapoptos, avbrott i mitokondriell membranpotential och tillväxthämning observerades 12 timmar efter behandlingsstart. Dessa data stödjer att cancercellapoptos och tillväxthämning var resultatet av de omfattande DNA-skadorna som orsakades av hämningen av MTH1. Nyligen genomförda studier har visat att en minskning av storleken på den cellulära dNTP-poolen också kan inducera DNA-replikationsstress och DNA-skador.Echinacoside-behandlade cancerceller argumenterar mot möjligheten till en minskad dNTP-poolstorlek, och Bcl2, ett protein som minskar dNTP-poolstorleken,60 minskade signifikant iEchinacoside-behandlade SW480-cancerceller;58 dessutom visade våra data tydligt detEchinacosidedirekt hämmade MTH1, vilket åtminstone delvis kan vara ansvarigt för DNA-skadorna och cellulära effekter orsakade av Echinacoside. DNTP-poolen är ett kritiskt mål för ROS, och oxiderade dNTP: er är viktiga källor till oxidativa DNA-skador.3,10Reparationsassocierade DNA SSB:er och DSB kan leda till cellulär åldrande och apoptos, som är inblandade i åldrande och åldranderelaterade sjukdomar,61 och fungerar också som en barriär för tumörbildning. Att minska ROS-inducerade DNA-skador av antioxidanter tros därför vara fördelaktigt för den allmänna hälsan. Men flera nya studier har visat att antioxidanter också kan främja utvecklingen av vissa typer av cancer.62–64Cancerceller genererar mycket högre ROS och är kritiskt beroende av effektiv eliminering av oxiderade nukleotider för överlevnad och spridning.3,30,32, 33 Överuttryck av MTH1 är den viktigaste strategin som cancerceller använder för att klara av den dödliga bördan av oxiderade dNTP:er. normala celler hade ingen inverkan på överlevnaden, 32,33 och MTH1 knockoutmöss var i stort sett normala.65 Konsekvent visade vi också att behandling med Echinakosid inducerade apoptos och undertryckte cellproliferation specifikt i cancer men inte i icke-cancerceller. Till skillnad från nuvarande kemoterapier och radioterapier som riktar sig till normala celler och tumörceller urskillningslöst, dödar hämningen av MTH1 cancerceller mycket selektivt genom att använda de rikliga oxiderade nukleotidprekursorerna i tumörer. Å andra sidan har terapier som riktar genotypskillnader mellan normala och specifika typer av cancer i ett personligt tillvägagångssätt visat imponerande resultat, men de begränsas också av den höga graden av intratumörheterogenitet och höga mutationsfrekvenser i cancerceller. Däremot riktar hämning av MTH1 en fenotyp som skiljer de flesta cancerceller från normala celler och representerar därmed en ny anticancerstrategi som inte är begränsad av genetiska anpassningar. Intressant nog har små molekylantagonister av antiapoptosproteinet Bcl266,67 och agonister av proapoptos Bax68 utvecklats och visades vara lovande nya anticancermedel. Med tanke på deras komplementära verkningsmekanismer skulle en kombination av MTH1-hämmare och apoptosfrämjande kemikalier skapa en spännande ny generation av anticancerläkemedel.

Cistancheechinakosidförmåner

För första gången demonstrerade vi en ny funktion förEchinacosidesom en naturlig förening mot cancer. I in vitro-analysen,Echinacosidehämmade MTH1 med en IC50 på 7,01 μM. Detta IC50-värde är högre än det för de MTH1-hämmare som hittills rapporterats.32,33,69 Genom att använda (S)-crizotinib som en positiv kontroll visade vi att vår analys är sju gånger mindre känslig än den som används av Huber et al.33 Således , är den faktiska IC50 för Echinacoside sannolikt lägre. Ändå, för att utveckla det som ett terapeutiskt medel, effekten av det naturligaEchinacosidemolekylen kommer förmodligen att behöva förbättras. Som en naturprodukt som har använts som örtmedicin under lång tid, skulle Echinacoside kunna fungera som en bra kemisk ställning för att utveckla effektiva och förmodligen säkra MTH1-hämmare.37,70 Med tanke på att naturprodukter har varit en rik källa till nya kemiska ställningar för rationell strukturbaserad läkemedelsdesign,70 tillvägagångssätt liknande det vi använde här, tillsammans med de stora intressena för naturliga produkter för läkemedelsupptäckt, kommer att vara användbara för att hitta målbaserade, effektiva och säkra nya läkemedel.

Cistancheechinakosidbehandla njursjukdom

Bekräftelse

Denna studie stöddes av en startfond från Jilin University.

Avslöjande

Författarna rapporterar inga intressekonflikter i detta arbete

cistancheechinakosid: skydd mot cancerorgan

Referenser

1. Topal MD, Baker MS. DNA-prekursorpool: ett signifikant mål för 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. Oxidation av mitokondriella deoxinukleotidpooler genom exponering för natriumnitroprussid inducerar celldöd. DNA-reparation (Amst). 2008;7(3):418–430.3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. Kontinuerlig eliminering av oxiderade nukleotider är nödvändig för att förhindra snabb uppkomst av cellulär senescens. Proc Natl Acad Sci US A. 2009;106(1):169–174.4. Katafuchi A, Nohmi T. DNA-polymeraser involverade i inkorporeringen av oxiderade nukleotider i DNA: deras effektivitet och mallbaspreferens. Mutat Res. 2010;703(1):24–31.5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Att avslöja den polymerasinducerade cytotoxiciteten hos en oxiderad nukleotid. Natur. 2015;517(7536):635–639.6. Dizdaroglu M. Oxidativt inducerad DNA-skada och dess reparation vid cancer. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212–245,7. Nakabeppu Y. Cellulära nivåer av 8-oxoguanin i antingen DNA eller nukleotidpoolen spelar en avgörande roll för cancercellers cancerframkallande och överlevnad. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. Oxygen som vän och fiende: hur man bekämpar mutationspotentialen hos 8-oxo-guanin. DNA-reparation (Amst). 2010;9(6):604–616,9. Pfeifer GP, Besaratinia A. Mutationsspektra av mänsklig cancer. Hum Genet. 2009;125(5–6):493–506.10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. Den oxiderade deoxinukleosidtrifosfatpoolen är en betydande bidragande orsak till genetisk instabilitet i celler som saknar matchning av reparationer. Mol Cell Biol. 2004;24(1):465–474.11. Kamiya H. Mutagenicitet av oxiderade DNA-prekursorer i levande celler: roller för nukleotidpoolsanering och DNA-reparationsenzymer och DNA-polymeraser från translesionssyntes. Mutat Res. 2010;703(1):32–36.12. Nagy GN, Leveles I, Vértessy BG. Förebyggande DNA-reparation genom att sanera den cellulära (deoxi)nukleosidtrifosfatpoolen. FEBS J. 2014;281(18):4207–4223.13. McLennan AG. Superfamiljen Nudix hydrolas. Cell Mol Life Sci. 2006;63(2):123–143.14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. Humant MTH1-protein hydrolyserar den oxiderade ribonukleotiden, 2-hydroxi-ATP. Nucleic Acids Res. 2001;29(2):449–454.15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Programmerad celldöd utlöst av nukleotidpoolskada och dess förebyggande av MutT-homolog-1 (MTH1) med oxiderat purinnukleosidtrifosfatas. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.16. Dizdaroglu M. Oxidativt inducerad DNA-skada: mekanismer, reparation och sjukdom. Cancer Lett. 2012;327(1–2):26–47.17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. Reparation av DNA-felmatchning och oxidativ DNA-skada: konsekvenser för cancerbiologi och behandling. Cancer (Basel). 2014;6(3):1597–1614.18. Caldecott KW. Reparation av enkelsträngsbrott och genetisk sjukdom. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.19. Klement K, Goodarzi AA. DNA dubbelsträngbrottssvar och kromatinförändringar i den åldrande cellen. Exp Cell Res. 2014;329(1):42–52.20. Schulze A, Harris AL. Hur cancermetabolismen är inställd för spridning och sårbar för störningar. Natur. 2012;491(7424):364–373.21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Reglering av cancercellsmetabolism. Nat Rev Cancer. 2011;11(2):85–95.22. Rai P. Human Mut T homolog 1 (MTH1): en vägspärr för de tumörundertryckande effekterna av onkogen Ras-inducerad ROS. Små GTPaser. 2012;3(2):120–125,23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Överuttryck av hMTH1 mRNA: en molekylär markör för oxidativ stress i lungcancerceller. FEBS Lett. 1998;429:17–20.24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Ansamling av 8-oxo-2′-deoxiguanosin och ökat uttryck av hMTH1-protein i hjärntumörer. Neuro Oncol. 2001;3:73–81.25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. Beroende av MTH1-protein resulterar i intensivt uttryck i human bröstcancervävnad mätt med vätskekromatografi-isotop-utspädning tandemmasspektrometri. DNA-reparation (Amst). 2015;33:101–110.26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Siomek A, Foksinski M, Olinski R. Involvering av oxidativt skadat DNA och reparation i cancerutveckling och åldrande. Am J Transl Res. 2010;2(3):254–284,27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Bidrag från hMTH1 till upprätthållande av 8-oxoguaninnivåer i lung-DNA hos icke-småcelliga lungcancerpatienter. J Natl Cancer Inst. 2005;97(5):384–395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Uttryck av humant MutT homolog (hMTH1) protein i primära icke-småcelliga lungkarcinom och histologiskt normal omgivande vävnad. Free Radic Biol Med. 2003;34(11):1447–1457.29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. Förbättrad eliminering av oxiderade guaninnukleotider hämmar onkogen Ras-inducerad DNA-skada och för tidig åldrande. Onkogen. 2011;30(12):1489–1496.30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Ogg1 knockout-associerad lungtumörbildning och dess undertryckande av Mth1-genavbrott. Cancer Res. 2003;63:902–905.31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. MutT homolog 1 (MTH1) upprätthåller flera KRAS-drivna pro-maligna vägar. Onkogen. 2015;34(20):2586–2596.32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. MTH1-hämning utrotar cancer genom att förhindra sanering av dNTP-poolen. Natur. 2014;508(7495):215–221.33. Huber KV, Salah E, Radic B, et al. Stereospecifik inriktning av MTH1 av (S)-crizotinib som en anticancerstrategi. Natur. 2014;508(7495):222–227.34. Giribaldi MG, Munoz A, Halvorsen K, Patel A, Rai P. MTH1-uttryck krävs för effektiv transformation av onkogen HRAS. Oncotarget. 2015;6(13):11519–11529.35. Bauer A, Bronstrup M. Industriell naturproduktkemi för läkemedelsupptäckt och utveckling. Nat Prod Rep. 2014;31(1):35–60.36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Antiinflammatoriska och anticancerläkemedel från naturen. Cancer Treat Res. 2014;159:123–143.37. Li JW, Vederas JC. Läkemedelsupptäckt och naturliga produkter: slutet på en era eller en oändlig gräns? Vetenskap. 2009;325(5937):161–165.38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Anticancermedel som härrör från naturliga produkter. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Naturliga föreningar för cancerbehandling och förebyggande. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378,40. Hsiao WL, Liu L. Traditionella kinesiska örtmediciners roll i cancerterapi – från TCM-teori till mekanistiska insikter. Planta Med. 2010;76(11):1118–1131.41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. En malakitgrön procedur för ortofosfatbestämning och dess användning i alkaliskt fosfatasbaserad enzymimmunanalys. Anal Biochem. 1988;171(2):266–270.42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Direkt detektering av 8-oxodeoxyguanosin och 8-oxoguanin av avidin och dess analoger. Anal Biochem. 1998;255(1):20–31.43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oxoguanin orsakar neurodegeneration under MUTYH-medierad DNA-basexcisionsreparation. J Clin Invest. 2012;122(12):4344–4361.44. Xiong Q, Kadota S, Tani T, Namba T. Antioxidativa effekter av fenyletanoider från Cistanche deserticola. Biol Pharm Bull. 1996;19(12):1580–1585.45. Hu C, Kitts DD. Studier av antioxidantaktiviteten hos Echinacea rotextrakt. J Agric Food Chem. 2000;48(5):1466–1472.46. Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Basexcision reparation och cancer. Cancer Lett. 2012;327(1–2):73–89.47. Caldecott KW. Reparation av DNA enkelsträngsbrott. Exp Cell Res. 2014;329(1):2–8.48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. p53-bindande protein 1 (53BP1) är en tidig deltagare i det cellulära svaret på DNA-dubbelsträngsbrott. J Cell Biol. 2000;151(7):1381–1390.49. Li YY, Wang L, Lu CD. Ett E2F-ställe i 5'-promotorregionen bidrar till serumberoende uppreglering av den humana prolifererande cellkärnantigengenen. FEBS Lett. 2003;544(1–3):112–118,50. González Besteiro MA, Gottifredi V. Gaffeln och kinaset: en DNA-replikationsberättelse från ett CHK1-perspektiv. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:168–180,51. Wang Y, Hao H, Wang G, et al. Ett tillvägagångssätt för att identifiera sekventiella metaboliter av en typisk fenyletanoidglykosid, echinakosid, baserat på vätskekromatografi-jonfälla-time of flight masspektrometrianalys. Talanta. 2009;80(2):572–580,52. Hudson JB. Tillämpningar av fytoläkemedlet Echinacea purpurea (lila coneflower) vid infektionssjukdomar. J Biomed Biotechnol. 2012;2012:769896.53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. En allmän syntetisk strategi och anti-spridningsegenskaperna på prostatacancercellinjer för naturliga fenyletanoidglykosider. Org Biomol Chem. 2014;12(18):2926–2937.54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. Koffeinsyrafenetylester är ett potentiellt terapeutiskt medel för oral cancer. Int J Mol Sci. 2015;16(5):10748–10766.55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Echinacoside förbättrar D-galaktosamin plus lipopolysackarid-inducerad akut leverskada hos möss via hämning av apoptos och inflammation. Scand J Gastroen terol. 2014;49(8):993–1000,56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Antiproliferativ effekt av echinakosid på glatta muskelceller i lungartären hos råtta under hypoxi. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163,57. Zhu M, Lu C, Li W. Övergående exponering för echinakosid är tillräcklig för att aktivera Trk-signalering och skydda neuronala celler från rotenon. J Neurochem. 2013;124(4):571–580,58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. Echinakosid inducerar apoptos i humana SW480 kolorektala cancerceller genom induktion av oxidativa DNA-skador. Int J Mol Sci. 2015;16(7):14655–14668.59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. Nukleotidbrist främjar genomisk instabilitet i tidiga stadier av cancerutveckling. Cell. 2011;145(3):435–446,60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 inducerar DNA-replikationsstress genom att hämma ribonukleotidreduktas. Cancer Res. 2014;74(1):212–223,61. Ventura I, Russo MT, De Luca G, Bignami M. Oxiderade purinnukleotider, genominstabilitet och neurodegeneration. Mutat Res. 2010;703(1):59–65,62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. Onkogeninducerad Nrf2-transkription främjar ROS-avgiftning och tumörbildning. Natur. 2011;475(7354):106–109.63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. DNA-skada-inducerad differentiering av leukemiceller som en anti-cancerbarriär. Natur. 2014;514(7520):107–111,64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Antioxidanter påskyndar utvecklingen av lungcancer hos möss. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Mutationsspecificitet hos möss som är defekta i MTH1- och/eller MSH2-generna. DNA-reparation (Amst). 2002;1(11):881–893.66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Inriktning på BCL-2 ​​med BH3-härmaren ABT-199 vid östrogenreceptorpositiv bröstcancer. Cancercell. 2013;24(1):120–129,67. Han B, Park D, Li R, et al. Liten molekyl Bcl2 BH4-antagonist för lungcancerterapi. Cancercell. 2015;27(6):852–863.68. Xin M, Li R, Xie M, et al. Småmolekylära Bax-agonister för cancerterapi. Nat Commun. 2014;5:4935.69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. En organometallisk hämmare för det mänskliga reparationsenzymet 7,8-dihydro-8-deoxiguanosintrifosfatas. Angew Chem Int Ed Engl. 2014;53(1):305–309,70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Naturliga produkter inom medicin: transformationsresultat av syntetisk kemi. J Med Chem. 2014;57(22):9292–9308.OncoTargets and Therapy 2015:8 skicka in ditt manuskript|www.dovepress.comDovepress