Drugi dio Ehinakozid izaziva apoptotičku smrt stanica raka inhibicijom enzima MTH1 za dezinfekciju baze nukleotida

Drugi dio Kako ehinakozid inhibira staničnu apoptozu i poboljšava pamćenje

Za više informacija kontaktirajte ali.ma@wecistanche.com

Kliknite ovdje za prvi dio

Rasprava

Ehinakozidje prirodni spoj izoliran iz ljekovitog biljaCistanchei Echinacea. 51,52 Pokazalo se da posjeduje raznovrsna svojstva za promicanje zdravlja i prevenciju bolesti, uključujući neuralnu zaštitu, hepatoprotekciju i protuupalno djelovanje, djelovanje protiv umora, antisenescenciju, antidijabetes i antitumorsko djelovanje.53–58 Najpoznatija i prihvaćena bioaktivnostEhinakozidje njegovo antioksidativno djelovanje i djelovanje na uklanjanje ROS-a;44,45 međutim, također se pokazalo da uzrokuje oksidativna oštećenja DNA u stanicama raka, a temeljni mehanizmi ostaju nejasni.58 U ovoj studiji, korištenjem visokoučinkovitog in vitro testa probira, našli smo toEhinakozidučinkovito inhibirao enzimsku reakciju kataliziranu MTH1-. Povećanje količine enzima MTH1 smanjilo je stupanj inhibicije, dok povećanje količine anorganske pirofosfataze nije utjecalo na inhibiciju, što ukazuje daEhinakozidspecifično inhibira aktivnost MTH1 u in vitro testu. Liječenje različitih staničnih linija raka kod ljudiEhinakozidprouzročio značajno povećanje stanične razine 8-oxoG bez promjene stanične razine ROS-a. S obzirom na to da je sam ehinakozid snažan antioksidans, ovi rezultati sugeriraju da je povećana unutarstanična razina 8-oxoG vjerojatno rezultat inhibicije staničnog MTH1 od straneEhinakozid.

Kliknite na Cistanche vitamin za pamćenje

Liječenje saEhinakozidizazvalo je opsežna oštećenja DNA i značajnu regulaciju G1/S-CDK blokatora p21, nakon čega je uslijedila izražena apoptotička stanična smrt i supresija stanične proliferacije specifično u stanicama raka, ali ne i u stanicama nekanceroznim. Nadalje, značajan gubitak potencijala mitohondrijske membrane nakonEhinakozidliječenje je pokazalo aktivaciju intrinzičnog puta apoptoze. Oštećenja DNA izazvana ehinakozidom i pojačana regulacija p21 primijećeni su unutar 5 sati od liječenja, dok su apoptoza stanica 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 staničnog dNTP bazena također može izazvati stres replikacije DNK i oštećenja DNK.59,60 Međutim, 200-postotno povećanje razine 8-oxoG u stanicama raka tretiranim ehinakozidom govori protiv mogućnost smanjene veličine bazena dNTP, a Bcl2, protein koji smanjuje veličinu bazena dNTP,60 značajno je smanjen u stanicama raka SW480 tretiranim ehinakozidom;58 štoviše, naši podaci jasno pokazuju da ehinakozid izravno inhibira MTH1, što bi barem moglo biti djelomično odgovoran za oštećenja DNA i stanične učinke uzrokovane Echinacosideom. Skupina dNTP kritična je meta ROS-a, a oksidirani dNTP važni su izvori oksidativnih oštećenja DNK.3,10 DNK SSB i DSB povezani s popravkom mogu dovesti do staničnog starenja i apoptoze, koji su uključeni u starenje i bolesti povezane sa starenjem, 61 i također služe kao prepreka za nastanak tumora. Stoga se vjeruje da je smanjenje ROS-induciranih oštećenja DNA antioksidansima korisno za cjelokupno zdravlje. Međutim, nekoliko nedavnih studija pokazalo je da antioksidansi također mogu pospješiti razvoj nekih vrsta raka.62-64 Stanice raka generiraju mnogo više ROS-a i kritično ovise o učinkovitoj eliminaciji oksidiranih nukleotida za preživljavanje i proliferaciju.3,30,32 ,33

Prekomjerna ekspresija MTH1 najvažnija je strategija koju stanice raka koriste da bi se nosile sa smrtonosnim teretom oksidiranih dNTP-a.23,24,26-28 Inhibicija MTH1 učinkovito je ubila stanice raka,3,29,30,32,33 dok je ciljala na MTH1 u normalnim uvjetima stanice nisu imale utjecaja na preživljenje,32,33 i miševi s nokautom MTH1 bili su uglavnom normalni.65 Dosljedno, također smo pokazali da liječenje ehinakozidom izaziva apoptozu i potiskuje staničnu proliferaciju specifično u stanicama raka, ali ne i u stanicama koje nisu kancerogene. Stoga, za razliku od trenutnih kemoterapija i radioterapija koje neselektivno ciljaju normalne i tumorske stanice, inhibicija MTH1 ubija stanice raka vrlo selektivno korištenjem obilja oksidiranih nukleotidnih prekursora u tumorima. S druge strane, terapije usmjerene na razlike genotipa između normalnih i specifičnih vrsta raka u personaliziranom pristupu pokazale su impresivne rezultate, ali su također ograničene visokim stupnjem intratumorske heterogenosti i visokim stopama mutacije u stanicama raka. Nasuprot tome, inhibicija MTH1 cilja na fenotip koji razlikuje većinu stanica raka od normalnih stanica i stoga predstavlja novu strategiju protiv raka koja nije ograničena genetskim prilagodbama. Zanimljivo je da su razvijeni antagonisti male molekule antiapoptoznog proteina Bcl266,67 i agonisti proapoptoze Bax68 i pokazalo se da su nova sredstva protiv raka koja obećavaju. S obzirom na njihove komplementarne mehanizme djelovanja, kombiniranjem inhibitora MTH1 i kemikalija koje potiču apoptozu stvorila bi se uzbudljiva nova generacija lijekova protiv raka. Po prvi put, demonstrirali smo novu funkciju za Echinacoside kao prirodni spoj protiv raka. U in vitro ispitivanju, ehinakozid je inhibirao MTH1 s IC50 od 7,01 μM. Ova vrijednost IC50 viša je od one za dosad prijavljene inhibitore MTH1.32,33,69 Koristeći (S)-krizotinib kao pozitivnu kontrolu, pokazali smo da je naš test sedam puta manje osjetljiv od onog koji su koristili Huber i sur.33 Stoga , stvarni IC50 ehinakozida vjerojatno će biti niži. Unatoč tome, da bi se razvio kao terapeutsko sredstvo, djelotvornost prirodne molekule ehinakozida vjerojatno će se morati poboljšati. Kao prirodni proizvod koji se dugo vremena koristio kao biljni lijek, Echinacoside bi mogao poslužiti kao dobra kemijska osnova za razvoj učinkovitih i vjerojatno sigurnih MTH1 inhibitora.37,70 S obzirom da su prirodni proizvodi bogati izvor novih kemijskih konstrukcija za racionalni dizajn lijekova temeljen na strukturi,70 pristupi slični onima koje smo ovdje koristili, zajedno s velikim interesima za prirodne proizvode za otkrivanje lijekova, bit će korisni u pronalaženju ciljano utemeljenih, učinkovitih i sigurnih novih lijekova.

Priznanje

Ovu studiju je podržao startup fond sa Sveučilišta Jilin.

Razotkrivanje

Autori navode da u ovom radu nema sukoba interesa.

Reference

1 Topal MD, Baker MS. Grupa prekursora DNA: značajan cilj za N-metil-N-nitrozoureu u stanicama C3H/10T1/2 klona 8. Proc Natl Acad Sci US A. 1982;79(7):2211–2215.

2. Ichikawa J, Tsuchimoto D, Oka S, et al. Oksidacija skupova mitohondrijskih deoksinukleotida izlaganjem natrijevom nitroprusidu izaziva smrt stanice. Popravak DNK (Amst). 2008;7(3):418–430.

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

4. Katafuchi A, Nohmi T. DNA polimeraze uključene u ugradnju oksidiranih nukleotida u DNA: njihova učinkovitost 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 inducirano oštećenje DNA i njegovo popravljanje kod raka. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015;763:212-245.

7. Nakabeppu Y. Stanične razine 8-oksoguanina u DNK ili u nukleotidnom fondu igraju ključnu ulogu u karcinogenezi i preživljavanju stanica raka. Int J Mol Sci. 2014;15(7):12543–12557.

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

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

10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. Skupina oksidiranog deoksinukleozid trifosfata značajno pridonosi genetskoj nestabilnosti u stanicama s nedostatkom popravka mismatcha. Mol Cell Biol. 2004; 24 (1): 465–474.

11. Kamiya H. Mutagenost oksidiranih DNA prekursora u živim stanicama: uloge dezinfekcije nukleotidnog bazena i enzima za popravak DNA, te translezijske sinteze DNA polimeraza. Mutat Res. 2010;703(1): 32–36.

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

13. McLennan AG. Superobitelj Nudix hidrolaza. 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. Nucleic Acids Res. 2001;29(2):449–454. 15. Nakabeppu Y, Oka S, Sheng Z, Tsuchimoto D, Sakumi K. Programirana stanična smrt potaknuta oštećenjem nukleotidnog bazena i njeno sprječavanje pomoću MutT homologa -1 (MTH1) s oksidiranom purin nukleozid trifosfatazom. Mutat Res. 2010;703(1):51–58.

16. Dizdaroglu M. Oksidativno inducirano oštećenje DNA: mehanizmi, popravak i bolest. Rak Lett. 2012;327(1–2):26–47.

17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. Popravak nepodudarnosti DNA i oksidativno oštećenje DNA: implikacije na biologiju i liječenje raka. Rakovi (Basel). 2014;6(3):1597–1614. 18. Caldecott KW. Popravak jednolančanog prekida i genetska bolest. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.

19. Klement K, Goodarzi AA. Odgovori na prekid dvolančane DNA 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 osjetljiv na poremećaje. Priroda. 2012;491(7424):364–373. 21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulacija metabolizma stanica raka. Nat Rev Rak. 2011;11(2):85–95.

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

23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Prekomjerni pritisak na mRNA hMTH1: 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 ljudskog raka dojke mjereno tandemskom masenom spektrometrijom tekućinska kromatografija-razrjeđivanje izotopa. Popravak DNK (Amst). 2015;33:101-110. 26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Simek A, Foksinski M, Olinski R. Učešće oksidativno oštećene DNA 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 8-razina oksogvanina u plućnoj DNK bolesnika s rakom pluća nemalih stanica. 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 nemalih stanica 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. Pojačana eliminacija oksidiranih guanin nukleotida inhibira onkogena Ras-inducirana oštećenja DNA i prerano starenje. Onkogen. 2011;30(12):1489–1496.

30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Tumorogeneza pluća povezana s nokautom Ogg1 i njezina supresija prekidom gena Mth1. 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 iskorjenjuje rak sprječavajući sanaciju dNTP bazena. Priroda. 2014.; 508(7495):215-221.

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

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

35. Bauer A, Bronstrup M. Industrijska kemija 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. Protuupalni i lijekovi protiv raka iz prirode. Cancer Treat Res. 2014.; 159:123-143.

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

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

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

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

41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. Malahitno zeleni postupak za određivanje ortofosfata i njegova upotreba u enzimskom imunološkom ispitivanju na bazi alkalne fosfataze. Analna biokemija. 1988;171(2):266–270.

42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Izravna detekcija 8-oxodeoxyguanosine i 8-oxoguanine pomoću avidina i njegovih analoga. Analna biokemija. 1998;255(1):20–31.

43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oksogvanin uzrokuje neurodegeneraciju tijekom popravka ekscizije baze DNK posredovane MUTYH. J Clin Invest. 2012;122(12):4344-4361.

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

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

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

48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. p53 vezni protein 1 (53BP1) rani je sudionik u staničnom odgovoru na prekide dvostrukog lanca DNA. J Cell Biol. 2000;151(7):1381-1390.

49. Li YY, Wang L, Lu CD. E2F mjesto u 5'-promotorskoj regiji doprinosi serumski ovisnoj regulaciji gena nuklearnog antigena ljudske proliferirajuće stanice. 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 identificiranju sekvencijalnih metabolita tipičnog feniletanoidnog glikozida, ehinakozida, temeljen na analizi masene spektrometrije s tekućinskom kromatografijom i hvatanjem vremena leta. Talanta. 2009;80(2):572–580.

52. Hudson JB. Primjena fitomedicine Echinacea purpurea (purpurna etina) u zaraznim bolestima. J Biomed Biotechnol. 2012.; 2012: 769896.

53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. Opća sintetička strategija i svojstva protiv proliferacije na staničnoj liniji 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 rak usne šupljine. Int J Mol Sci. 2015; 16 (5): 10748-10766.

55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Ehinakozid poboljšava akutno oštećenje jetre izazvano D-galaktozaminom plus lipopolisaharidom u 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 štakora pod hipoksijom. J Pharmacol Sci. 2014;126(2):155–163.

57. Zhu M, Lu C, Li W. Prolazna izloženost ehinakozidu dovoljna je za aktiviranje Trk signalizacije i zaštitu neuronskih stanica od rotenona. J Neurochem. 2013;124(4):571–580.

58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. Echinacoside inducira apoptozu u ljudskim stanicama kolorektalnog raka SW480 indukcijom oksidativnih oštećenja DNA. 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. Ćelija. 2011;145(3):435–446.

60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 inducira stres replikacije DNA inhibicijom ribonukleotid reduktaze. 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. Transkripcija Nrf2 izazvana onkogenom potiče detoksikaciju ROS-a i tumorigenezu. Priroda. 2011;475(7354):106–109.

63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. Diferencijacija leukemijskih stanica izazvana oštećenjem DNA 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 gena MTH1 i/ili MSH2. Popravak DNK (Amst). 2002;1(11):881–893.

66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Ciljanje BCL-2 s BH3 mimetikom ABT-199 u raku dojke pozitivnom na estrogenski receptor. Stanica raka. 2013;24(1):120–129.

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

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

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

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