Teil Zwei Echinacosid induziert apoptotischen Krebszelltod durch Hemmung des Nukleotidpool-Desinfektionsenzyms MTH1

Teil Zwei Wie hemmt Echinacosid die Zellapoptose und verbessert das Gedächtnis?

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Diskussion

Echinacosidist eine natürliche Verbindung, die aus Heilpflanzen isoliert wirdCistancheund Echinacea. 51,52 Es hat sich gezeigt, dass es vielseitige gesundheitsfördernde und krankheitsvorbeugende Eigenschaften besitzt, darunter neuraler Schutz, Hepatoschutz und entzündungshemmende, Anti-Müdigkeits-, Antiseneszenz-, Antidiabetes- und Antitumoraktivitäten.53–58 Die bekannteste und anerkannteste Bioaktivität vonEchinacosidist seine antioxidative und ROS-fangende Wirkung;44,45 es wurde jedoch auch gezeigt, dass es oxidative DNA-Schäden in Krebszellen verursacht, wobei die zugrunde liegenden Mechanismen unklar bleiben.58 In der vorliegenden Studie wurde unter Verwendung eines Hochdurchsatz-In-vitro-Screening-Assays wir haben das gefundenEchinacosidwirksam die MTH1--katalysierte enzymatische Reaktion gehemmt. Eine Erhöhung der Menge des MTH1-Enzyms verringerte den Grad der Hemmung, während eine Erhöhung der Menge der anorganischen Pyrophosphatase die Hemmung nicht beeinflusste, was darauf hinweistEchinacosidhemmte spezifisch die Aktivität von MTH1 im In-vitro-Assay. Behandlung verschiedener menschlicher Krebszelllinien mitEchinacosidverursachte eine signifikante Erhöhung des zellulären 8-oxoG-Spiegels, ohne den zellulären ROS-Spiegel zu verändern. Angesichts der Tatsache, dass Echinacosid selbst ein starkes Antioxidans ist, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass der erhöhte intrazelluläre 8-oxoG-Spiegel wahrscheinlich auf die Hemmung von zellulärem MTH1 durch zurückzuführen istEchinacosid.

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Behandlung mitEchinacosidverursachte ausgedehnte DNA-Schäden und eine signifikante Hochregulierung des G1/S-CDK-Blockers p21, denen ein deutlicher apoptotischer Zelltod und eine Unterdrückung der Zellproliferation folgten, speziell bei Krebs, aber nicht bei den Nicht-Krebszellen. Weiterhin kann ein deutlicher Verlust des mitochondrialen Membranpotentials nachEchinacosidBehandlung wies auf die Aktivierung des intrinsischen Apoptosewegs hin. Echinacosid-induzierte DNA-Schäden und Hochregulierung von p21 wurden innerhalb von 5 Stunden nach der Behandlung beobachtet, während Apoptose von Krebszellen, Störung des mitochondrialen Membranpotentials und Wachstumshemmung 12 Stunden nach Behandlungsbeginn beobachtet wurden. Diese Daten unterstützen, dass die Apoptose und Wachstumshemmung von Krebszellen die Ergebnisse der umfangreichen DNA-Schäden waren, die durch die Hemmung von MTH1 verursacht wurden. Jüngste Studien haben gezeigt, dass eine Verringerung der Größe des zellulären dNTP-Pools auch zu DNA-Replikationsstress und DNA-Schäden führen kann.59,60 Eine 200-prozentige Erhöhung des 8-oxoG-Spiegels in den mit Echinacosid behandelten Krebszellen spricht jedoch dagegen die Möglichkeit einer reduzierten dNTP-Poolgröße, und Bcl2, ein Protein, das die dNTP-Poolgröße reduziert,60 war in mit Echinacosid behandelten SW480-Krebszellen signifikant verringert;58 außerdem zeigten unsere Daten eindeutig, dass Echinacosid MTH1 direkt hemmte, was zumindest sein könnte teilweise verantwortlich für die durch Echinacosid verursachten DNA-Schäden und zellulären Wirkungen. Der dNTP-Pool ist ein entscheidendes Ziel von ROS, und oxidierte dNTPs sind wichtige Quellen oxidativer DNA-Schäden.3,10 Reparatur-assoziierte DNA-SSBs und -DSBs können zu zellulärer Seneszenz und Apoptose führen, die mit dem Altern und altersbedingten Krankheiten in Verbindung gebracht werden. 61 und dienen auch als Barriere für die Tumorentstehung. Daher wird angenommen, dass die Reduzierung von ROS-induzierten DNA-Schäden durch Antioxidantien der allgemeinen Gesundheit zuträglich ist. Mehrere neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass Antioxidantien auch die Entwicklung einiger Krebsarten fördern könnten.62–64 Krebszellen erzeugen viel höhere ROS und sind für das Überleben und die Proliferation entscheidend von der effizienten Eliminierung oxidierter Nukleotide abhängig.3,30,32 ,33

Die Überexpression von MTH1 ist die wichtigste Strategie, die Krebszellen anwenden, um mit der tödlichen Belastung durch oxidierte dNTPs fertig zu werden.23,24,26–28 Die Hemmung von MTH1 tötete effizient Krebszellen,3,29,30,32,33, während sie im Normalzustand auf MTH1 abzielt Zellen hatten keinen Einfluss auf das Überleben,32,33 und MTH1-Knockout-Mäuse waren weitgehend normal.65 Konsequenterweise zeigten wir auch, dass die Behandlung mit Echinacosid Apoptose induzierte und die Zellproliferation speziell bei Krebs, aber nicht bei Nicht-Krebszellen unterdrückte. Im Gegensatz zu aktuellen Chemotherapien und Strahlentherapien, die unterschiedslos auf normale und Tumorzellen abzielen, tötet die Hemmung von MTH1 Krebszellen hochselektiv durch Verwendung der reichlich vorhandenen oxidierten Nukleotidvorläufer in Tumoren. Andererseits haben Therapien, die in einem personalisierten Ansatz auf Genotypunterschiede zwischen normalen und spezifischen Krebsarten abzielen, beeindruckende Ergebnisse gezeigt, sind aber auch durch den hohen Grad an Intratumor-Heterogenität und hohen Mutationsraten in Krebszellen begrenzt. Im Gegensatz dazu zielt die Hemmung von MTH1 auf einen Phänotyp ab, der die meisten Krebszellen von normalen Zellen unterscheidet, und stellt daher eine neuartige Antikrebsstrategie dar, die nicht durch genetische Anpassungen begrenzt ist. Interessanterweise wurden niedermolekulare Antagonisten des Antiapoptose-Proteins Bcl266,67 und Agonisten des Proapoptose-Proteins Bax68 entwickelt, die sich als vielversprechende neue Antikrebsmittel erwiesen haben. Angesichts ihrer komplementären Wirkmechanismen würde die Kombination von MTH1-Inhibitoren und Apoptose-fördernden Chemikalien eine aufregende neue Generation von Krebsmedikamenten schaffen. Zum ersten Mal haben wir eine neue Funktion für Echinacosid als natürlichen Wirkstoff gegen Krebs demonstriert. Im In-vitro-Test hemmte Echinacosid MTH1 mit einem IC50 von 7,01 μM. Dieser IC50-Wert ist höher als der der bisher berichteten MTH1-Inhibitoren.32,33,69 Unter Verwendung von (S)-Crizotinib als Positivkontrolle zeigten wir, dass unser Assay siebenmal weniger empfindlich ist als der von Huber et al.33 , ist der tatsächliche IC50-Wert von Echinacosid wahrscheinlich niedriger. Um es jedoch als Therapeutikum zu entwickeln, muss die Wirksamkeit des natürlichen Echinacosid-Moleküls wahrscheinlich verbessert werden. Als Naturprodukt, das seit langem als pflanzliches Arzneimittel verwendet wird, könnte Echinacosid als gutes chemisches Gerüst für die Entwicklung effizienter und wahrscheinlich sicherer MTH1-Hemmer dienen.37,70 Angesichts der Tatsache, dass Naturprodukte eine reiche Quelle neuartiger chemischer Gerüste sind Für ein rationales strukturbasiertes Wirkstoffdesign70 werden ähnliche Ansätze wie die hier verwendeten zusammen mit dem großen Interesse an Naturstoffen für die Wirkstoffforschung nützlich sein, um zielgerichtete, wirksame und sichere neue Wirkstoffe zu finden.

Wissen

Diese Studie wurde von einem Startup-Fonds der Universität Jilin unterstützt.

Offenlegung

Die Autoren melden keine Interessenkonflikte in dieser Arbeit.

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