Drugi del Ehinakozid inducira apoptotično smrt rakavih celic z zaviranjem encima za razkuževanje nukleotidnega bazena MTH1

Drugi del Kako ehinakozid zavira apoptozo celic in izboljša spomin

Za več informacij se obrnite na ali.ma@wecistanche.com

Kliknite tukaj za prvi del

Diskusija

Ehinakozidje naravna spojina, izolirana iz zdravilnih rastlinCistanchein Echinacea. 51,52 Izkazalo se je, da ima vsestranske lastnosti za spodbujanje zdravja in preprečevanje bolezni, vključno z nevronsko zaščito, zaščito jeter in proti vnetjem, proti utrujenosti, antisenescenci, proti diabetesu in protitumorskim delovanjem.53–58 Najbolj znana in sprejeta bioaktivnostEhinakozidje njegovo antioksidativno in lovilno delovanje na ROS;44,45 vendar se je izkazalo tudi, da povzroča oksidativne poškodbe DNK v rakavih celicah, pri čemer osnovni mehanizmi ostajajo nejasni.58 V tej študiji z uporabo visoko zmogljivega presejalnega testa in vitro to smo ugotoviliEhinakozidučinkovito zaviral encimsko reakcijo, katalizirano z MTH1-. Povečanje količine encima MTH1 je zmanjšalo stopnjo inhibicije, medtem ko povečanje količine anorganske pirofosfataze ni vplivalo na inhibicijo, kar kaže, daEhinakozidspecifično zaviral aktivnost MTH1 v testu in vitro. Zdravljenje različnih človeških rakavih celičnih linij zEhinakozidpovzročil znatno zvišanje celične ravni 8-oxoG, ne da bi spremenil celično raven ROS. Glede na to, da je sam ehinakozid močan antioksidant, ti rezultati kažejo, da je zvišana znotrajcelična raven 8-oxoG verjetno posledica zaviranja celičnega MTH1 sEhinakozid.

Kliknite na Cistanche vitamin za spomin

Zdravljenje zEhinakozidje povzročil obsežne poškodbe DNA in znatno povečanje zaviralca G1 /S-CDK p21, čemur je sledila izrazita apoptotična celična smrt in zaviranje celične proliferacije, posebej pri raku, ne pa tudi v nerakavih celicah. Poleg tega je opazna izguba potenciala mitohondrijske membrane poEhinakozidzdravljenje je pokazalo aktivacijo intrinzične poti apoptoze. Z ehinakozidom povzročene poškodbe DNK in povečano regulacijo p21 so opazili v 5 urah po zdravljenju, medtem ko so apoptozo rakavih celic, motnje potenciala mitohondrijske membrane in zaviranje rasti opazili 12 ur po začetku zdravljenja. Ti podatki potrjujejo, da sta bila apoptoza rakavih celic in zaviranje rasti posledica obsežnih poškodb DNK, ki jih je povzročila inhibicija MTH1. Nedavne študije so pokazale, da bi zmanjšanje velikosti celičnega bazena dNTP lahko povzročilo tudi stres pri replikaciji DNA in poškodbe DNA. možnost zmanjšane velikosti bazena dNTP in Bcl2, beljakovina, ki zmanjša velikost bazena dNTP,60 se je znatno zmanjšala v rakavih celicah SW480, zdravljenih z ehinakozidom;58 poleg tega so naši podatki jasno pokazali, da je ehinakozid neposredno zaviral MTH1, kar bi lahko bilo vsaj delno odgovoren za poškodbe DNK in celične učinke, ki jih povzroča ehinakozid. Skupina dNTP je kritična tarča ROS, oksidirani dNTP pa so pomemben vir oksidativnih poškodb DNK.3,10 S popravilom povezane DNK SSB in DSB lahko povzročijo celično staranje in apoptozo, ki sta vpletena v staranje in s staranjem povezane bolezni, 61 in služi tudi kot ovira za tumorigenezo. Tako se verjame, da je zmanjšanje poškodb DNK, ki jih povzročajo ROS, z antioksidanti, koristno za splošno zdravje. Vendar je več nedavnih študij pokazalo, da lahko antioksidanti spodbujajo tudi razvoj nekaterih vrst raka.62–64 Rakaste celice ustvarjajo veliko več ROS in so kritično odvisne od učinkovitega izločanja oksidiranih nukleotidov za preživetje in proliferacijo.3,30,32 ,33

Prekomerna ekspresija MTH1 je najpomembnejša strategija, ki jo rakave celice uporabljajo za spopadanje s smrtonosnim bremenom oksidiranih dNTP. celice niso vplivale na preživetje,32,33 in miši z izločenimi MTH1 so bile večinoma normalne.65 Dosledno smo tudi pokazali, da je zdravljenje z ehinakozidom povzročilo apoptozo in zavrlo celično proliferacijo, posebej pri raku, ne pa tudi pri nerakavih celicah. Tako za razliko od trenutnih kemoterapij in radioterapij, ki ciljajo na normalne in tumorske celice brez razlikovanja, inhibicija MTH1 zelo selektivno ubija rakave celice z uporabo obilnih oksidiranih nukleotidnih prekurzorjev v tumorjih. Po drugi strani pa so terapije, ki ciljajo na razlike v genotipih med normalnimi in specifičnimi vrstami raka v personaliziranem pristopu, pokazale impresivne rezultate, vendar so omejene tudi z visoko stopnjo intratumorske heterogenosti in visokimi stopnjami mutacij v rakavih celicah. V nasprotju s tem je inhibicija MTH1 usmerjena na fenotip, ki razlikuje večino rakavih celic od normalnih celic in zato predstavlja novo strategijo proti raku, ki ni omejena z genetskimi prilagoditvami. Zanimivo je, da so bili razviti antagonisti majhnih molekul antiapoptoznega proteina Bcl266,67 in agonisti proapoptoze Bax68, za katere se je izkazalo, da so obetavna nova sredstva proti raku. Glede na njihove komplementarne mehanizme delovanja bi kombinacija zaviralcev MTH1 in kemikalij, ki spodbujajo apoptozo, ustvarila vznemirljivo novo generacijo zdravil proti raku. Prvič smo dokazali novo funkcijo ehinakozida kot naravne spojine proti raku. V testu in vitro je ehinakozid zaviral MTH1 z IC50 7,01 μM. Ta vrednost IC50 je višja od vrednosti zaviralcev MTH1, o katerih so poročali do zdaj.32,33,69 Z uporabo (S)-krizotiniba kot pozitivne kontrole smo pokazali, da je naš test sedemkrat manj občutljiv od tistega, ki so ga uporabili Huber et al.33 Tako , je dejanski IC50 ehinakozida verjetno nižji. Kljub temu bo za razvoj terapevtskega sredstva verjetno treba izboljšati učinkovitost naravne molekule ehinakozida. Kot naravni izdelek, ki se že dolgo uporablja kot zdravilo rastlinskega izvora, bi ehinakozid lahko služil kot dobro kemično ogrodje za razvoj učinkovitih in verjetno varnih zaviralcev MTH1.37,70 Glede na to, da so bili naravni izdelki bogat vir novih kemičnih ogrodij za racionalno načrtovanje zdravil, ki temelji na strukturi, bodo pristopi, podobni tistim, ki smo jih uporabili tukaj, skupaj z velikim zanimanjem za naravne izdelke za odkrivanje zdravil, koristni pri iskanju ciljno zasnovanih, učinkovitih in varnih novih zdravil.

Priznanje

To študijo je podprl zagonski sklad z univerze Jilin.

Razkritje

Avtorji ne poročajo o navzkrižju interesov v tem delu.

Reference

1 Topal MD, Baker MS. Skupina prekurzorjev DNA: pomembna tarča za N-metil-N-nitrozosečnino v celicah 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 mitohondrijskih deoksinukleotidnih bazenov z izpostavljenostjo natrijevemu nitroprusidu povzroči celično smrt. Popravilo DNK (Amst). 2008; 7 (3): 418–430.

3. Rai P, Onder TT, Young JJ, et al. Nenehno odstranjevanje oksidiranih nukleotidov je potrebno za preprečitev hitrega začetka celičnega staranja. Proc Natl Acad Sci US A. 2009;106(1):169–174.

4. Katafuchi A, Nohmi T. Polimeraze DNA, ki sodelujejo pri vgradnji oksidiranih nukleotidov v DNA: njihova učinkovitost in preferenca baze predlog. Mutat Res. 2010;703(1):24–31.

5. Freudenthal BD, Beard WA, Perera L, et al. Odkrivanje s polimerazo povzročene citotoksičnosti oksidiranega nukleotida. Narava. 2015; 517 (7536): 635–639.

6. Dizdaroglu M. Oksidativno povzročena poškodba DNA in njeno popravilo pri raku. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015; 763: 212–245.

7. Nakabeppu Y. Celične ravni 8-oksogvanina bodisi v DNK bodisi v nukleotidnem bazenu igrajo ključno vlogo pri karcinogenezi in preživetju rakavih celic. Int J Mol Sci. 2014; 15 (7): 12543–12557.

8. van Loon B, Markkanen E, Hubscher U. Kisik kot prijatelj in sovražnik: kako se boriti proti mutacijskemu potencialu 8-okso-gvanina. Popravilo DNK (Amst). 2010; 9 (6): 604–616.

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

10. Russo MT, Blasi MF, Chiera F, et al. Skupina oksidiranega deoksinukleozid trifosfata pomembno prispeva k genetski nestabilnosti v celicah s pomanjkljivim popravilom neusklajenosti. Mol Cell Biol. 2004; 24 (1): 465–474.

11. Kamiya H. Mutagenost oksidiranih prekurzorjev DNA v živih celicah: vloge sanacije nukleotidnega bazena in encimov za popravilo DNA ter polimeraze DNA za sintezo translezije. Mutat Res. 2010;703(1): 32–36.

12. Nagy GN, Leveles I, Vértessy BG. Preventivno popravljanje DNK s saniranjem celičnega bazena (deoksi)nukleozid trifosfata. FEB J. 2014; 281 (18): 4207–4223.

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

14. Fujikawa K, Kamiya H, Yakushiji H, Nakabeppu Y, Kasai H. Človeški protein MTH1 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 celična smrt, ki jo sproži poškodba nukleotidnega bazena, in njeno preprečevanje s homologom MutT -1 (MTH1) z oksidirano purin nukleozid trifosfatazo. Mutat Res. 2010; 703 (1): 51–58.

16. Dizdaroglu M. Oksidativno povzročena poškodba DNA: mehanizmi, popravilo in bolezen. Rak Lett. 2012;327(1–2):26–47.

17. Bridge G, Rashid S, Martin SA. Popravilo neusklajenosti DNK in oksidativna poškodba DNK: posledice za biologijo in zdravljenje raka. Raki (Basel). 2014; 6 (3): 1597–1614. 18. Caldecott KW. Popravilo prekinitve ene verige in genetska bolezen. Nat Rev Genet. 2008;9(8):619–631.

19. Klement K, Goodarzi AA. Odzivi na prekinitev dvojne verige DNA in spremembe kromatina v starajoči se celici. Exp Cell Res. 2014;329(1): 42–52.

20. Schulze A, Harris AL. Kako je metabolizem raka naravnan na proliferacijo in dovzeten za motnje. Narava. 2012; 491 (7424): 364–373. 21. Cairns RA, Harris IS, Mak TW. Regulacija metabolizma rakavih celic. Nat Rev Rak. 2011;11(2):85–95.

22. Rai P. Human Mut T homolog 1 (MTH1): ovira za tumor-supresivne učinke onkogenega ROS, ki ga povzroča Ras. Majhne GTPaze. 2012;3(2):120–125.

23. Kennedy CH, Cueto R, Belinsky SA, Lechner JF, Pryor WA. Prekomerni pritisk na mRNA hMTH1: molekularni marker oksidativnega stresa v celicah pljučnega raka. FEBS Lett. 1998; 429: 17–20.

24. Lida T, Furuta A, Kawashima M, Nishida J, Nakabeppu Y, Iwaki T. Kopičenje 8-okso-2′-deoksigvanozina in povečano izražanje proteina hMTH1 v možganskih tumorjih. Nevro onkol. 2001; 3: 73–81.

25. Coskun E, Jaruga P, Jemth AS, et al. Zasvojenost z beljakovino MTH1 ima za posledico intenzivno ekspresijo v tkivu človeškega raka dojke, kot je merjeno s tandemsko masno spektrometrijo s tekočinsko kromatografijo in redčenjem izotopov. Popravilo DNK (Amst). 2015; 33: 101–110. 26. Tudek B, Winczura A, Janik J, Simek A, Foksinski M, Olinski R. Vpletenost oksidativno poškodovane DNK in popravilo pri razvoju raka in staranju. Am J Transl Res. 2010; 2 (3): 254–284.

27. Spina E, Arczewska KD, Jackowski D, et al. Prispevek hMTH1 k vzdrževanju ravni 8-oksogvanina v pljučni DNK bolnikov z nedrobnoceličnim pljučnim rakom. J Natl Cancer Inst. 2005;97(5):384–395.

28. Kennedy CH, Pass HI, Mitchell JB. Ekspresija proteina humanega MutT homologa (hMTH1) v primarnih nedrobnoceličnih pljučnih karcinomih in histološko normalnem okoliškem tkivu. Free Radic Biol Med. 2003;34(11):1447–1457.

29. Rai P, Young JJ, Burton DG, Giribaldi MG, Onder TT, Weinberg RA. Okrepljeno izločanje oksidiranih gvaninskih nukleotidov zavira onkogene poškodbe DNA, ki jih povzroči Ras, in prezgodnje staranje. Onkogen. 2011; 30 (12): 1489–1496.

30. Sakumi K, Tominaga Y, Furuichi M, et al. Pljučna tumorigeneza, povezana z izločitvijo Ogg1, in njeno zatiranje z motnjo gena Mth1. Cancer Res. 2003; 63: 902–905.

31. Patel A, Burton DG, Halvorsen K, et al. MutT homolog 1 (MTH1) vzdržuje več pro-malignih poti, ki jih poganja KRAS. Onkogen. 2015; 34 (20): 2586–2596.

32. Gad H, Koolmeister T, Jemth AS, et al. Inhibicija MTH1 izkorenini raka s preprečevanjem sanacije bazena dNTP. Narava. 2014; 508(7495):215–221.

33. Huber KV, Salah E, Radic B, et al. Stereospecifično ciljanje MTH1 s (S)-krizotinibom kot strategijo proti raku. Narava. 2014; 508 (7495): 222–227.

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

35. Bauer A, Bronstrup M. Kemija industrijskih naravnih izdelkov za odkrivanje in razvoj zdravil. Nat Prod Rep. 2014; 31 (1): 35–60.

36. Orlova B, Legrand N, Panning J, Dicato M, Diederich M. Protivnetna in protirakava zdravila iz narave. Cancer Treat Res. 2014; 159: 123–143.

37. Li JW, Vederas JC. Odkritje zdravil in naravni izdelki: konec obdobja ali neskončna meja? Znanost. 2009;325(5937):161–165.

38. Liu EH, Qi LW, Wu Q, Peng YB, Li P. Sredstva proti raku, pridobljena iz naravnih proizvodov. Mini Rev Med Chem. 2009;9(13):1547–1555.

39. Nobili S, Lippi D, Witort E, et al. Naravne spojine za zdravljenje in preprečevanje raka. Pharmacol Res. 2009;59(6):365–378.

40. Hsiao WL, Liu L. Vloga tradicionalnih kitajskih zeliščnih zdravil pri zdravljenju raka – od teorije TKM do mehanističnih spoznanj. Planta Med. 2010;76(11):1118–1131.

41. Baykov AA, Evtushenko OA, Avaeva SM. Malahitno zeleni postopek za določanje ortofosfata in njegova uporaba v encimskem imunskem testu na osnovi alkalne fosfataze. Analna biokemija. 1988; 171 (2): 266–270.

42. Struthers L, Patel R, Clark J, Thomas S. Neposredna detekcija 8-oksodeoksigvanozina in 8-oksoguanina z avidinom in njegovimi analogi. Analna biokemija. 1998; 255 (1): 20–31.

43. Sheng Z, Oka S, Tsuchimoto D, et al. 8-Oksogvanin povzroča nevrodegeneracijo med popravljanjem izrezovanja baze DNK, ki ga posreduje MUTYH. J Clin Invest. 2012; 122 (12): 4344–4361.

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

45. Hu C, Kitts DD. Študije o antioksidativni aktivnosti ekstrakta korenine Echinacea. J Agric Food Chem. 2000;48(5):1466–1472.

46. ​​Wallace SS, Murphy DL, Sweasy JB. Popravilo baze in rak. Rak Lett. 2012;327(1–2):73–89. 47. Caldecott KW. Popravilo lomljenja ene verige DNA. Exp Cell Res. 2014; 329 (1): 2–8.

48. Schultz LB, Chehab NH, Malikzay A, Halazonetis TD. p53 vezavni protein 1 (53BP1) je zgodnji udeleženec celičnega odziva na prekinitve dvojne verige DNA. J Cell Biol. 2000; 151 (7): 1381–1390.

49. Li YY, Wang L, Lu CD. Mesto E2F v regiji 5'-promotorja prispeva k od seruma odvisni višji regulaciji gena jedrskega antigena človeške proliferirajoče celice. FEBS Lett. 2003;544(1–3):112–118.

50. González Besteiro MA, Gottifredi V. Vilice in kinaza: zgodba o replikaciji DNA z vidika CHK1. Mutat Res Rev Mutat Res. 2015; 763: 168–180.

51. Wang Y, Hao H, Wang G, et al. Pristop k prepoznavanju zaporednih presnovkov tipičnega feniletanoidnega glikozida, ehinakozida, ki temelji na analizi masne spektrometrije s tekočinsko kromatografijo in časom letenja. Talanta. 2009;80(2):572–580.

52. Hudson JB. Uporaba fitozdravila Echinacea purpurea (škrlatni iglavec) pri nalezljivih boleznih. J Biomed Biotechnol. 2012; 2012: 769896.

53. Mulani SK, Guh JH, Mong KK. Splošna sintetična strategija in protiproliferacijske lastnosti na celičnih linijah raka prostate za naravne feniletanoidne glikozide. Org Biomol Chem. 2014; 12 (18): 2926–2937.

54. Kuo YY, Jim WT, Su LC, et al. Fenetil ester kofeinske kisline je potencialno terapevtsko sredstvo za oralni rak. Int J Mol Sci. 2015; 16 (5): 10748–10766.

55. Li X, Gou C, Yang H, Qiu J, Gu T, Wen T. Ehinakozid izboljša akutno poškodbo jeter, povzročeno z D-galaktozaminom in lipopolisaharidom, pri miših z inhibicijo apoptoze in vnetja. Scand J Gastroen-terol. 2014; 49 (8): 993–1000.

56. Gai XY, Tang F, Ma J, et al. Antiproliferativni učinek ehinakozida na gladke mišične celice pljučne arterije podgane pod hipoksijo. J Pharmacol Sci. 2014; 126 (2): 155–163.

57. Zhu M, Lu C, Li W. Prehodna izpostavljenost ehinakozidu zadostuje za aktiviranje signalizacije Trk in zaščito nevronskih celic pred rotenonom. J Neurochem. 2013; 124 (4): 571–580.

58. Dong L, Yu D, Wu N, et al. Ehinakozid inducira apoptozo v človeških celicah kolorektalnega raka SW480 z indukcijo oksidativnih poškodb DNK. Int J Mol Sci. 2015; 16 (7): 14655–14668.

59. Bester AC, Roniger M, Oren YS, et al. Pomanjkanje nukleotidov spodbuja genomsko nestabilnost v zgodnjih fazah razvoja raka. Celica. 2011; 145 (3): 435–446.

60. Xie M, Yen Y, Owonikoko TK, et al. Bcl2 inducira replikacijski stres DNK z zaviranjem ribonukleotidne reduktaze. Cancer Res. 2014;74(1): 212–223.

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

62. DeNicola GM, Karreth FA, Humpton TJ, et al. Onkogensko inducirana transkripcija Nrf2 spodbuja razstrupljanje ROS in tumorigenezo. Narava. 2011; 475 (7354): 106–109.

63. Santos MA, Faryabi RB, Ergen AV, et al. Diferenciacija levkemičnih celic, ki jo povzroči poškodba DNK, kot pregrada proti raku. Narava. 2014; 514 (7520): 107–111.

64. Sayin VI, Ibrahim MX, Larsson E, Nilsson JA, Lindahl P, Bergo MO. Antioksidanti pospešijo napredovanje pljučnega raka pri miših. Sci Transl Med. 2014;6(221):221ra215.

65. Egashira A, Yamauchi K, Yoshiyama K, et al. Mutacijska specifičnost miši z napako v genih MTH1 in/ali MSH2. Popravilo DNK (Amst). 2002;1(11):881–893.

66. Vaillant F, Merino D, Lee L, et al. Ciljanje na BCL-2 z mimetikom BH3 ABT-199 pri raku dojke s pozitivnim estrogenskim receptorjem. Rakava celica. 2013; 24 (1): 120–129.

67. Han B, Park D, Li R, et al. Majhno molekularni antagonist Bcl2 BH4 za zdravljenje pljučnega raka. Rakava celica. 2015;27(6):852–863.

68. Xin M, Li R, Xie M, et al. Agonisti Baxa z majhnimi molekulami za zdravljenje raka. Nat Commun. 2014; 5: 4935.

69. Streib M, Kraling K, Richter K, Xie X, Steuber H, Meggers E. Organokovinski inhibitor za človeški popravljalni encim 7,8- dihidro-8-deoksigvanozin trifosfatazo. Angew Chem Int Ed Engl. 2014; 53 (1): 305–309.

70. Szychowski J, Truchon JF, Bennani YL. Naravni izdelki v medicini: transformacijski rezultat sintetične kemije. J Med Chem. 2014; 57 (22): 9292–9308.