Abstract

Διαφορικό ομοιόστασης οξειδοαναγωγής σε φυσιολογικά και κακοήθη κύτταρα υποδηλώνει ότι προ-οξειδωτικών προκαλούμενη προς τα πάνω ρύθμιση της κυτταρικής αντιδραστικά είδη οξυγόνου (ROS), θα πρέπει επιλεκτικά στοχεύουν τα καρκινικά κύτταρα χωρίς να διακυβεύεται η βιωσιμότητα των μη μετασχηματισμένων κυττάρων. Κατά συνέπεια, ένα προ-οξειδωτικό απόκλιση καλά ανεκτή από κακοήθη κύτταρα μπορεί να φτάσει γρήγορα το όριο κυτταρικό θάνατο σε κακοήθη κύτταρα ήδη σε υψηλό σημείο ρύθμισης της συστατικής οξειδωτικό στρες. Για να ελεγχθεί αυτή η υπόθεση, επωφεληθήκαμε από έναν επιλεγμένο αριθμό αμίνης-πυριδινο-based Fe (II) που λειτουργούν ως αποτελεσματικό και ισχυρό καταλύτες οξείδωσης οργανικών υποστρωμάτων κατά την αντίδραση με υπεροξείδια. Πέντε από αυτές τις -complexes Fe (II) και τα αντίστοιχα προσδέματα αμινοπυριδίνης επιλέχθηκαν για την αξιολόγηση αντικαρκινικών ιδιοτήτων τους. Βρήκαμε ότι τα συμπλέγματα σιδήρου απέτυχε να εμφανίσει οποιαδήποτε σχετική δραστηριότητα, ενώ οι αντίστοιχοι συνδέτες παρουσίασαν σημαντική ανασταλτική δράση. Μεταξύ των συνδετήρων, καμία από τις οποίες ήταν αιμολυτικής, οι ενώσεις 1, 2 και 5 ήταν κυτταροτοξικά στο χαμηλό εύρος micromolar έναντι μιας ομάδας μοριακώς διαφορετικές ανθρώπινες καρκινικές κυτταρικές σειρές. Είναι σημαντικό ότι, το προφίλ κυτταροτοξική δραστικότητα μερικών ενώσεων παρέμειναν αμετάβλητες σε επιθηλιακά-to-μεσεγχυματικά (ΕΜΤ) προκληθείσα σταθερούς πληθυσμούς καρκινικών βλαστικών κυττάρων που μοιάζουν, η οποία απέκτησε αντίσταση στο γνωστό ROS επαγωγέα δοξορουβικίνη. Οι ενώσεις 1, 2 και 5 ανέστειλε την κλωνογονικότητας των καρκινικών κυττάρων και επαγόμενη από αποπτωτικό κυτταρικό θάνατο συνοδεύεται από κασπάσης 3/7 ενεργοποίησης. Οι αναλύσεις κυτταρομετρίας ροής έδειξαν ότι προσδέματα ήταν ισχυροί επαγωγείς του οξειδωτικού στρες, οδηγώντας σε ένα 7-πλάσια αύξηση στα ενδοκυτταρικά επίπεδα ROS. επαγωγή ROS συσχετίστηκε με την ικανότητά τους να δεσμεύουν ενδοκυτταρικού σιδήρου και παράγουν δραστικά σύμπλοκα συντονισμού στο εσωτερικό των κυττάρων. Σε αντίθεση, εξωκυτταρικό συμπλοκοποίηση σιδήρου ανέστειλε την δραστικότητα των προσδεμάτων. σύμπλοκα σιδήρου έδειξαν υψηλή επάρκεια για να διασπάσει το DNA μέσω των μηχανισμών της οξειδωτικής-εξαρτώμενη, προτείνοντας ένα πιθανό μηχανισμό της κυτταροτοξικότητας. Συνοπτικά, αναφέρουμε ότι, μετά τη χήλωση ενδοκυτταρικού σιδήρου, το προ-οξειδωτική δράση των συμπλοκών σιδήρου αμίνη με βάση πυριμιδίνη σκοτώνει αποτελεσματικά τον καρκίνο και βλαστικά κύτταρα όμοια, παρέχοντας έτσι λειτουργικές ενδείξεις για μια αποτελεσματική οικογένεια οξειδοαναγωγής κατευθυνόμενης αντι- καρκίνο metallodrugs

Παράθεση:. González-Bártulos Μ, Aceves-Luquero C, Qualai J, Cussó O, Martínez MA, Fernández de Mattos S, et al. (2015) Pro-οξειδωτική δράση των Amine-Πυριδιν-Based Σίδερο Συγκροτήματα σκοτώνει αποτελεσματικά τον καρκίνο και καρκινικά βλαστικά κύτταρα όμοια. PLoS ONE 10 (9): e0137800. doi: 10.1371 /journal.pone.0137800

Επιμέλεια: Sujit Kumar Bhutia, Εθνικό Ινστιτούτο τεχνολογίας Rourkela, Ινδία

Ελήφθη: 5η Μάη του 2015? Αποδεκτές: 21 Αύγ 2015? Δημοσιεύθηκε: 14 Σεπτεμβρίου 2015

Copyright: © 2015 González-Bártulos et al. Αυτό είναι ένα άρθρο ανοικτής πρόσβασης διανέμεται υπό τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Attribution, το οποίο επιτρέπει απεριόριστη χρήση, τη διανομή και την αναπαραγωγή σε οποιοδήποτε μέσο, ​​με την προϋπόθεση το αρχικό συγγραφέα και την πηγή πιστώνονται

Δεδομένα Διαθεσιμότητα: Όλα τα σχετικά δεδομένα είναι εντός του χαρτιού

Χρηματοδότηση:. η εργασία αυτή χρηματοδοτήθηκε από το ισπανικό Ministerio de Economía y Competitividad (Mineco), Consolider-INGENIO 2010 CSD2010-00065, και από το Ministerio Επιστημών e Innovación (MICINN) , SAF2012-38914, Plan Nacional de I + D + I

Αντικρουόμενα συμφέροντα:.. Οι συγγραφείς έχουν δηλώσει ότι δεν υπάρχουν ανταγωνιστικά συμφέροντα

Εισαγωγή

Τα καρκινικά κύτταρα υφίστανται μεταβολική προσαρμογές για να διατηρηθεί η ανεξέλεγκτη ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό τους. Διαφορετικές ενδογενών και εξωγενών μοριακών μηχανισμών συμβάλλουν σε αυτό το μεταβολικό επαναπρογραμματισμό να προμηθεύσει τα καρκινικά κύτταρα με αρκετή ενέργεια και βιοσυνθετικής ικανότητας στο περιβάλλον του όγκου [1,2]. Altered μεταβολισμός μαζί με ενεργοποιημένο ογκογόνο σηματοδότηση και την απορρύθμιση της μιτοχονδριακής λειτουργίας τυπικά καταλήγει σε μια αύξηση στην παραγωγή δραστικών μορφών οξυγόνου (ROS) σε καρκινικά κύτταρα [3,4]. Είναι ενδιαφέρον ότι, το φαινόμενο αυτό οδηγεί σε μία ομοιόσταση απόκλιση οξειδοαναγωγής σε φυσιολογικά και κακοήθη κύτταρα που κερδίζει έδαφος ως ένα υποσχόμενο στόχο για το σχεδιασμό των πιο επιλεκτικών και αποτελεσματικών αντικαρκινικών παραγόντων [5-8].

Εξαιρετικά αντιδραστική ROS παράγονται σε κύτταρα από την ατελή αναγωγή του μοριακού οξυγόνου σε νερό κατά τη διάρκεια αερόβιο μεταβολισμό. ROS κανονικά ρυθμίζονται με κυτταρική αμυντικό αντιοξειδωτικά [9,10] και να συμμετέχουν σε πολλαπλές κυτταρικές λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένων μεταγωγής σήματος, ενεργοποίηση ενζύμου, γονιδιακή έκφραση και η πρωτεΐνη μετά-μεταφραστικές τροποποιήσεις [11]. Όταν παράγεται σε περίσσεια ή όταν η απόδοση του κυψελοειδούς αντιοξειδωτικού συστήματος είναι υπομέγιστη, ROS συσσωρεύονται και να προκαλέσουν ανεπανόρθωτες κυτταρικές βλάβες μέσω της οξείδωσης των βιομορίων όπως μεμβράνες λιπιδίων, ένζυμα ή DNA το οποίο γενικά οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο [12]. ROS μπορεί επίσης να προάγει την έναρξη και την πρόοδο του καρκίνου με διέγερση μεταλλάξεων του DNA και τις οδούς προ-ογκογόνο σηματοδότηση [13,14].

Αυξημένη ROS σε καρκινικά κύτταρα ρυθμίζει προς τα πάνω την αντιοξειδωτική απόκριση, με αποτέλεσμα μια νέα ισορροπία οξειδοαναγωγής που επιτρέπει αυτά τα κύτταρα για να διατηρήσει υψηλότερα επίπεδα ROS από τα φυσιολογικά κύτταρα. Συνεπώς, τα καρκινικά κύτταρα εμφανίζουν επίμονη οξειδωτικό στρες, το οποίο προωθεί τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, αλλά είναι ανεπαρκής για να προκαλέσει κυτταρικού θανάτου [4,13]. Αυτή η αλλαγμένη ομοιόσταση καθιστά τα καρκινικά κύτταρα ευάλωτες σε εξωγενείς οξειδωτικοί παράγοντες που δημιουργούν επιπλέον ROS, οι οποίες είναι πιθανό να αυξήσει τα επίπεδα του οξειδωτικού στρες πάνω από το όριο κυτταροτοξική. Αυτή η ευαισθησία είναι αυξημένη από την περιορισμένη ικανότητα των καρκινικών κυττάρων να ενισχύσει την αντιοξειδωτική απόκριση για να εξουδετερώσει την οξειδωτική προσβολή [15]. Αντίθετα, τα φυσιολογικά κύτταρα μπορεί να ανεχθεί υψηλότερα επίπεδα εξωγενών στρες ROS αφού εμφανίζουν χαμηλότερα επίπεδα συστατική ROS μαζί με μια ανώτερη ανταπόκρισης των αντιοξειδωτικών συστημάτων. Στην πραγματικότητα, είναι καλά περιγραφεί ότι, εκτός από την άμεση επιδράσεις τους στο DNA και την κυτταρική διαίρεση, ο μηχανισμός δράσης των πολλών χημειοθεραπευτικών παραγόντων όπως η 5-φθοροουρακίλη, βλεομυκίνη, η σισπλατίνη, δοξορουβικίνη ή πακλιταξέλη επίσης περιλαμβάνει ROS απόπτωση [13 , 16-19].

Αν και οι βιολογικές επιδράσεις των ROS και των μηχανισμών που ρυθμίζουν τα επίπεδα ROS έχουν καθιερωθεί στα καρκινικά κύτταρα, λίγα είναι γνωστά σχετικά με το ρόλο των ROS στον καρκίνο βλαστικών κυττάρων (CSC) υποπληθυσμό, η οποία εμφανίζει μια υψηλή ικανότητα για αυτο-ανανέωσης και της διαφοροποίησης, αλλά και την δυνατότητα να δημιουργήσουν όγκους με την ένδειξη χημειο- /ραδιο αντίσταση [20,21]. ΚΕΠ περιέχουν χαμηλότερα επίπεδα των ROS από τους μη-ΚΕΠ, πιθανότατα ως αποτέλεσμα της ενισχυμένης ριζική συστήματα καθαρισμού ελευθέρων ριζών [22]. Τα χαμηλά επίπεδα ROS μπορεί να σχετίζεται με την προνομιακό καθεστώς αυτού του υποσυνόλου των κυττάρων, διατηρώντας την ακεραιότητα του DNA και της λειτουργίας των πρωτεϊνών, η οποία είναι κρίσιμη για τη διατήρηση του δυναμικού για την αυτο-ανανέωση και βλαστική ικανότητα [23,24]. Ετσι, εξωγενείς ανύψωση ROS μπορεί να είναι μια προσέγγιση για να σκοτώσει το υποπληθυσμό CSC, η οποία κανονικά εμπλουτίζεται μετά από συμβατική χημειοθεραπεία. Πράγματι, νικλοζαμίδιο και τριοξείδιο του αρσενικού (AS

2O

3), που είναι ισχυροί επαγωγείς ROS, έχουν δειχθεί ότι προάγουν CSC θάνατο [25].

Ένας αριθμός αντικαρκινικών παραγόντων που στοχεύουν το κυψελοειδές ισορροπίας οξειδοαναγωγής βρίσκονται σε διαφορετικές φάσεις των προκλινικών και κλινικών ανάπτυξη [5,6]. Μηχανιστικά, οι παράγοντες αυτοί είτε αναστέλλουν την κυτταρική αντιοξειδωτικών συστημάτων άμυνας [27-29] ή παράγουν ROS [30-32]. Εκτός από αυτούς τους παράγοντες, οι ενώσεις μετάλλου μεταπτώσεως που βασίζεται μπορεί να είναι πολλά υποσχόμενοι υποψήφιοι για προ-οξειδωτικό θεραπείες. Όταν τα σωρευτικά σε κύτταρα, τα μέταλλα όπως ο σίδηρος, το μαγγάνιο και ο χαλκός, να υποστούν αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ποδηλασίας που παράγουν υψηλά επίπεδα των ROS, κυρίως το πολύ-βλάπτουν ρίζα υδροξυλίου ειδών μέσω της αντίδρασης Fenton. Αυτό το μέταλλο-διαμεσολαβημένη μορφή του οξειδωτικού στρες είναι μια καλά γνωστή αιτία του κυτταρικού θανάτου [33], και ως εκ τούτου, ένας αυξανόμενος αριθμός ερευνών διερεύνηση του δυναμικού metallodrugs σε αντικαρκινικών θεραπειών οξειδοαναγωγής που βασίζεται [34-37].

Transition σύμπλοκα μετάλλων με οργανικά ικριώματα αμινοπυριδίνη περιέχουν έχουν αναδειχθεί ως ισχυρός καταλύτες για την οξείδωση των οργανικών υποστρωμάτων. Αυτά τα σύμπλοκα είναι, επίσης, θεωρείται ως bioinspired καταλύτες δεδομένου ότι αναπαράγουν τις διαρθρωτικές και δραστικότητα ιδιότητες των οξειδωτικών ενζύμων. Μια βασική πτυχή της δραστηριότητάς τους είναι η ισχυρή σύνδεση τους με ιόντα σιδήρου και μαγγανίου, δημιουργώντας ισχυρά οξειδωτικά αφού αντιδράσει με υπεροξείδια [38-43]. Αυτές οι οξειδωτικές ενώσεις λειτουργούν ως καταλύτες για την προώθηση της οξείδωσης των αδρανών μορίων όπως αλκάνια, αλκένια και ακόμη και το δύσκολο μόριο νερού. Ο μηχανισμός δράσης περιλαμβάνει ειδών σιδήρου-υπεροξείδιο, χημικώς θυμίζει σε ενεργοποιημένα βλεομυκίνη. Επιπλέον, αυτές οι ενώσεις είναι ιδιαίτερα ανθεκτικά σε αυτο-οξείδωση. Με αυτό το υπόβαθρο, εμείς εδώ αξιολόγησε τα προφίλ αντιπολλαπλασιαστική και κυτταροτοξική δραστικότητα των πέντε αμινο-πυριδινο-based Fe (II) -complexes η οποία έχει προηγουμένως αποδειχθεί ότι είναι ιδιαίτερα ενεργή σε αντιδράσεις ενεργοποίησης υπεροξειδίου [38-43], και το αντίστοιχο μέταλλο δωρεάν συνδέτες, έναντι μιας ομάδας διαφορετικών κυτταρικών γραμμών ανθρώπινης συμπεριλαμβανομένων των επιθηλιακών-to-μεσεγχυματικά (ΕΜΤ) προκληθείσα σταθερούς πληθυσμούς καρκινικών βλαστικών κυττάρων που μοιάζουν και μη κακοήθη κύτταρα. Οι πιο δραστικές ενώσεις αναλύθηκαν περαιτέρω για την ικανότητά τους να αναστέλλουν την κλωνογονικότητας των καρκινικών κυττάρων, ρυθμίζουν τον κυτταρικό κύκλο και να επάγει τον κυτταρικό θάνατο. Η ικανότητα των συμπλοκών σιδήρου αμίνη με βάση πυριμιδίνη να παράγουν ROS και να προκαλέσουν βλάβη του DNA αξιολογήθηκε μαζί με την επίδραση της αποσιδήρωσης του ενδοκυτταρικού σιδήρου στην κυτταροτοξική προφίλ του. Με βάση την θανατηφόρο διαταραχή στην ισορροπία οξειδοαναγωγής που προκαλείται από αυτά τα σύμπλοκα στον καρκίνο και ROS ανθεκτικά καρκινικά βλαστικά κύτταρα όμοια, παρέχουμε ισχυρές λειτουργικές ενδείξεις για μια αποτελεσματική οικογένεια οξειδοαναγωγής κατευθυνόμενης metallodrugs αντικαρκινικές.

Υλικά και Μέθοδοι

Υλικά