Ламинаран подавляет рост раковых клеток
Ламинаран, полученный из бурых водорослей, подавляет рост раковых клеток яичников путем дисфункции митохондрий и стресса ER. Рак яичников (ОК) трудно диагностировать на ранней стадии, и он приводит к высокому уровню смертности, зарегистрированному в Соединенных Штатах.
Стандартное лечение ОК включает максимальную циторедуктивную операцию с последующей химиотерапией на основе платины. Однако рецидив из-за химиорезистентности часто встречается у пациентов с запущенными ОК. Следовательно, необходима разработка новых противоопухолевых препаратов для подавления прогрессирования ОК. Недавно сообщалось о противораковых эффектах ламинарана, бета-1,3-глюкана, полученного из бурых водорослей, при гепатоцеллюлярной карциноме, раке толстой кишки, лейкемии и меланоме. Однако о его эффектах при ОК не сообщается. Мы подтвердили, что ламинаран снижает рост клеток и развитие клеточного цикла клеток OК за счет регуляции внутриклеточной передачи сигналов. Более того, ламинаран индуцировал гибель клеток из-за фрагментации ДНК, генерация активных форм кислорода, индукция апоптотических сигналов и стресс эндоплазматического ретикулума (ER), регуляция уровней кальция и изменение оси ER-митохондрии. Ламинаран не был цитотоксичным.
В Соединенных Штатах Америки в 2018 г. было зарегистрировано около 22 240 случаев рака яичников (ОК), из которых 14 070 летальных исходов. ОК трудно диагностировать, и поэтому он связан с высоким уровнем смертности. Риск развития ОК у женщины составлял 1 из 78 с частотой диагноза 11,5 на 100 000 человек в США в период с 2010 по 2014 год. Эпителиальный рак яичников (ЭРЯ), наиболее частый (90%) тип ОК, гистологически классифицируется на серозный, эндометриоидный, муцинозный, светлоклеточный или нечеткие подтипы. ОК протекает бессимптомно, и его трудно диагностировать на ранней стадии. Таким образом, большинство случаев ОК диагностируется на стадии III (51%) и стадии IV (29%) с 5-летней выживаемостью 42% и 26% соответственно в период с 2007 по 2013 год. Стандартным подходом к лечению EOC является хирургическое вмешательство и химиотерапия с использованием паклитаксела и цисплатина. Тем не менее, в 70–80% случаев EOC рецидивирует из-за устойчивости к химиотерапии.
Ламинаран подавляет пролиферацию, образование колоний и миграцию клеток меланомы человека путем ингибирования матриксной металлопротеиназы-2 (MMP-2), MMP-9 и сигнального каскада p-ERK1 / 2. Более того, ламинаран подавляет пролиферацию и метастазирование клеток рака печени за счет снижения выработки эндогенного сероводорода и воздействия на каскады pSTAT3 / BCL-2 и VEGF, которые включают MMP, VEGF, p-AKT и p-ERK1 / 2. Кроме того, ламинаран вызывает гибель клеток LoVo, активируя проапоптотические сигнальные белки. Ламинаран подавляет пролиферацию и увеличивает остановку клеточного цикла, что приводит к апоптозу клеток рака предстательной железы PC-3 за счет увеличения экспрессии PTEN и P27kip1. В соответствии с предыдущими результатами, ламинаран индуцировал накопление популяции клеток subG1 и увеличивал количество апоптотических клеток ОК. Ламинаран также стимулировал высвобождение цитохрома с из митохондрий и приводил к расщеплению каспазой-3 и каспазой-9 в клетках ES2 и OV90. Эти результаты показали, что ламинаран увеличивает внутренний путь апоптоза в ОК-клетках.
Митохондриально-зависимая гибель клеток связана с перегрузкой митохондрий кальцием и проницаемостью митохондриальной мембраны, а также с расщеплением каспаз, высвобождением цитохрома с и активацией проапоптотических белков. В частности, перегрузка митохондрий кальцием может влиять на высвобождение проапоптотических факторов за счет разрушения митохондрий. Кроме того, дисфункция митохондрий вызывает повышение концентрации цитоплазматического кальция в раковых клетках, что приводит к апоптозу. Наши результаты проточной цитометрии показали, что ламинаран стимулировал апоптоз ОК-клеток человека за счет увеличения концентрации кальция в митохондриях и цитоплазме. Более того, совместное лечение с тремя хелаторами кальция - 2-APB, BAPTA и рутением красным блокировало действие ламинарана и вызывало изменения внутриклеточных уровней кальция, что привело к снижению количества апоптотических клеток ES2 и OV90 по сравнению с применением только ламинарана. Кроме того, регуляция уровней внутриклеточного кальция подавляет проницаемость митохондриальной мембраны. Ламинаран увеличивает внутриклеточный кальций и снижает ММП в клетках рака толстой кишки человека. Чтобы увеличить уровни кальция в митохондриях, IP3R опосредуют перенос кальция из ER в митохондрии. Более того, ER-митохондриальный связывающий белок GRP75 контролирует митохондриальную функцию и гомеостаз кальция. Подавление GRP75 вызывает перегрузку кальцием в цитозоле и митохондриях, вызывая окислительный стресс. Другой белок, связывающий ER-митохондрии, MFN2, увеличивает гибель клеток и приток кальция в митохондрии в раковые клетки печени. Ламинаран активировал IP3R1, IP3R2 и MFN2 в клетках ES2 и OV90 в тех же условиях, повышая уровень кальция в митохондриях. Однако он снижает экспрессию белка GRP75 в обоих типах клеток ОС. Взятые вместе, наши результаты показывают, что ламинаран индуцировал гибель клеток, нарушая гомеостаз кальция в ОК-клетках человека.
Передача внутриклеточного сигнала важна для развития рака, метастазирования и устойчивости к химиотерапии. Путь PI3K / MAPK служит терапевтической мишенью для контроля развития раковых клеток. Ламинаран подавляет активность сигнальных белков p-AKT и p-ERK1 / 2 при раке печени и меланоме человека. Кроме того, блокада передачи сигналов PI3K и MAPK считается новой терапевтической стратегией для лечения ОК.
Аналогичным образом, в настоящем исследовании ламинаран значительно снижал фосфорилирование сигнальных белков PI3K / MAPK в обеих клетках ОК. Совместное лечение ламинарном с ингибитором, блокирующим AKT, ERK1 / 2, JNK или P38, устраняет опосредованное ламинараном ингибирование передачи сигналов PI3K и MAPK в клетках OК. Эти результаты показали, что ламинаран снижает пролиферацию клеток ОК за счет инактивации передачи сигналов PI3K / MAPK. ER играет важную роль в транслокации белков, фолдинге и посттранскрипционной модификации в эукариотических клетках. Стресс ER или активация развернутого белкового ответа снижает выживаемость раковых клеток. Более того, сверхэкспрессия GADD153 под действием стресса ER подавляет передачу сигналов пути PI3K путем стимуляции транскрипции ингибитора AKT для снижения клеточной пролиферации. Фукоидан, компонент бурых водорослей, увеличивает накопление IRE1α, ATF6α и PERK, которые являются ключевыми инициаторами стресса ER в клетках ОК.
Аналогичным образом, в нашем исследовании ламинаран стимулировал сигнальные белки стресса ER в клетках ES2 и OV90, что приводило к гибели клеток. Более того, он регулирует аутофагию путем репрессии фосфорилирования ULK1, который способствует выживанию, пролиферации, миграции и инвазии раковых клеток, и p62, который приводит к деградации конъюгированных белков. Эти результаты показывают, что ламинаран вызывает стресс ER и образование аутофагосом, что приводит к гибели ОК-клеток.
Стандартное лечение ОК включает максимальную циторедуктивную операцию с последующей химиотерапией на основе платины. Однако рецидив из-за химиорезистентности часто встречается у пациентов с запущенными ОК. Следовательно, необходима разработка новых противоопухолевых препаратов для подавления прогрессирования ОК. Недавно сообщалось о противораковых эффектах ламинарана, бета-1,3-глюкана, полученного из бурых водорослей, при гепатоцеллюлярной карциноме, раке толстой кишки, лейкемии и меланоме. Однако о его эффектах при ОК не сообщается. Мы подтвердили, что ламинаран снижает рост клеток и развитие клеточного цикла клеток OК за счет регуляции внутриклеточной передачи сигналов. Более того, ламинаран индуцировал гибель клеток из-за фрагментации ДНК, генерация активных форм кислорода, индукция апоптотических сигналов и стресс эндоплазматического ретикулума (ER), регуляция уровней кальция и изменение оси ER-митохондрии. Ламинаран не был цитотоксичным.
В Соединенных Штатах Америки в 2018 г. было зарегистрировано около 22 240 случаев рака яичников (ОК), из которых 14 070 летальных исходов. ОК трудно диагностировать, и поэтому он связан с высоким уровнем смертности. Риск развития ОК у женщины составлял 1 из 78 с частотой диагноза 11,5 на 100 000 человек в США в период с 2010 по 2014 год. Эпителиальный рак яичников (ЭРЯ), наиболее частый (90%) тип ОК, гистологически классифицируется на серозный, эндометриоидный, муцинозный, светлоклеточный или нечеткие подтипы. ОК протекает бессимптомно, и его трудно диагностировать на ранней стадии. Таким образом, большинство случаев ОК диагностируется на стадии III (51%) и стадии IV (29%) с 5-летней выживаемостью 42% и 26% соответственно в период с 2007 по 2013 год. Стандартным подходом к лечению EOC является хирургическое вмешательство и химиотерапия с использованием паклитаксела и цисплатина. Тем не менее, в 70–80% случаев EOC рецидивирует из-за устойчивости к химиотерапии.
Ламинаран подавляет пролиферацию, образование колоний и миграцию клеток меланомы человека путем ингибирования матриксной металлопротеиназы-2 (MMP-2), MMP-9 и сигнального каскада p-ERK1 / 2. Более того, ламинаран подавляет пролиферацию и метастазирование клеток рака печени за счет снижения выработки эндогенного сероводорода и воздействия на каскады pSTAT3 / BCL-2 и VEGF, которые включают MMP, VEGF, p-AKT и p-ERK1 / 2. Кроме того, ламинаран вызывает гибель клеток LoVo, активируя проапоптотические сигнальные белки. Ламинаран подавляет пролиферацию и увеличивает остановку клеточного цикла, что приводит к апоптозу клеток рака предстательной железы PC-3 за счет увеличения экспрессии PTEN и P27kip1. В соответствии с предыдущими результатами, ламинаран индуцировал накопление популяции клеток subG1 и увеличивал количество апоптотических клеток ОК. Ламинаран также стимулировал высвобождение цитохрома с из митохондрий и приводил к расщеплению каспазой-3 и каспазой-9 в клетках ES2 и OV90. Эти результаты показали, что ламинаран увеличивает внутренний путь апоптоза в ОК-клетках.
Митохондриально-зависимая гибель клеток связана с перегрузкой митохондрий кальцием и проницаемостью митохондриальной мембраны, а также с расщеплением каспаз, высвобождением цитохрома с и активацией проапоптотических белков. В частности, перегрузка митохондрий кальцием может влиять на высвобождение проапоптотических факторов за счет разрушения митохондрий. Кроме того, дисфункция митохондрий вызывает повышение концентрации цитоплазматического кальция в раковых клетках, что приводит к апоптозу. Наши результаты проточной цитометрии показали, что ламинаран стимулировал апоптоз ОК-клеток человека за счет увеличения концентрации кальция в митохондриях и цитоплазме. Более того, совместное лечение с тремя хелаторами кальция - 2-APB, BAPTA и рутением красным блокировало действие ламинарана и вызывало изменения внутриклеточных уровней кальция, что привело к снижению количества апоптотических клеток ES2 и OV90 по сравнению с применением только ламинарана. Кроме того, регуляция уровней внутриклеточного кальция подавляет проницаемость митохондриальной мембраны. Ламинаран увеличивает внутриклеточный кальций и снижает ММП в клетках рака толстой кишки человека. Чтобы увеличить уровни кальция в митохондриях, IP3R опосредуют перенос кальция из ER в митохондрии. Более того, ER-митохондриальный связывающий белок GRP75 контролирует митохондриальную функцию и гомеостаз кальция. Подавление GRP75 вызывает перегрузку кальцием в цитозоле и митохондриях, вызывая окислительный стресс. Другой белок, связывающий ER-митохондрии, MFN2, увеличивает гибель клеток и приток кальция в митохондрии в раковые клетки печени. Ламинаран активировал IP3R1, IP3R2 и MFN2 в клетках ES2 и OV90 в тех же условиях, повышая уровень кальция в митохондриях. Однако он снижает экспрессию белка GRP75 в обоих типах клеток ОС. Взятые вместе, наши результаты показывают, что ламинаран индуцировал гибель клеток, нарушая гомеостаз кальция в ОК-клетках человека.
Передача внутриклеточного сигнала важна для развития рака, метастазирования и устойчивости к химиотерапии. Путь PI3K / MAPK служит терапевтической мишенью для контроля развития раковых клеток. Ламинаран подавляет активность сигнальных белков p-AKT и p-ERK1 / 2 при раке печени и меланоме человека. Кроме того, блокада передачи сигналов PI3K и MAPK считается новой терапевтической стратегией для лечения ОК.
Аналогичным образом, в настоящем исследовании ламинаран значительно снижал фосфорилирование сигнальных белков PI3K / MAPK в обеих клетках ОК. Совместное лечение ламинарном с ингибитором, блокирующим AKT, ERK1 / 2, JNK или P38, устраняет опосредованное ламинараном ингибирование передачи сигналов PI3K и MAPK в клетках OК. Эти результаты показали, что ламинаран снижает пролиферацию клеток ОК за счет инактивации передачи сигналов PI3K / MAPK. ER играет важную роль в транслокации белков, фолдинге и посттранскрипционной модификации в эукариотических клетках. Стресс ER или активация развернутого белкового ответа снижает выживаемость раковых клеток. Более того, сверхэкспрессия GADD153 под действием стресса ER подавляет передачу сигналов пути PI3K путем стимуляции транскрипции ингибитора AKT для снижения клеточной пролиферации. Фукоидан, компонент бурых водорослей, увеличивает накопление IRE1α, ATF6α и PERK, которые являются ключевыми инициаторами стресса ER в клетках ОК.
Аналогичным образом, в нашем исследовании ламинаран стимулировал сигнальные белки стресса ER в клетках ES2 и OV90, что приводило к гибели клеток. Более того, он регулирует аутофагию путем репрессии фосфорилирования ULK1, который способствует выживанию, пролиферации, миграции и инвазии раковых клеток, и p62, который приводит к деградации конъюгированных белков. Эти результаты показывают, что ламинаран вызывает стресс ER и образование аутофагосом, что приводит к гибели ОК-клеток.