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カルノシン酸腫瘍細胞の応答に対する感受性または抵抗性を媒介する仮説的分子決定因子
Putative molecular determinants mediating sensitivity or resistance towards carnosic acid tumor cell responses.
PMID: 32659679 DOI: 10.1016/j.phymed.2020.153271.
抄録
背景:
カルノシン酸(CA)は、ローズマリー抽出物の主成分の一つです。抗酸化作用、抗炎症作用、抗菌作用、抗がん作用など、貴重な薬理学的特性を持っています。数多くのin vitroおよびin vivo研究で、CAの抗がん性プロファイルが研究され、がん治療への可能性が強調されています。しかしながら、CAの抗がん作用における多剤耐性（MDR）関連メカニズムの役割はまだ明らかにされていません。
BACKGROUND: Carnosic acid (CA) is one of the main constituents in rosemary extract. It possesses valuable pharmacological properties, including anti-oxidant, anti-inflammatory, anti-microbial and anti-cancer activities. Numerous in vitro and in vivo studies investigated the anticancer profile of CA and emphasized its potentiality for cancer treatment. Nevertheless, the role of multidrug-resistance (MDR) related mechanisms for CA's anticancer effect is not yet known.
目的:
我々は、既知の抗がん剤耐性機序（P-gp、ABCB5、BCRP、EGFR、p53）に対するCAの細胞毒性を調べ、CAに対する細胞応答に関連する新規の仮説分子因子を決定した。
PURPOSE: We investigated the cytotoxicity of CA against known mechanisms of anticancer drug resistance (P-gp, ABCB5, BCRP, EGFR and p53) and determined novel putative molecular factors associated with cellular response towards CA.
研究デザイン:
CAのがん細胞に対する作用機序を明らかにするために、細胞毒性試験、バイオインフォマティクス解析、フローサイトメトリー、ウエスタンブロッティングを実施した。
STUDY DESIGN: Cytotoxicity assays, bioinformatic analysis, flow cytometry and western blotting were performed to identify the mode of action of CA towards cancer cells.
方法:
CAに対する細胞毒性は、前述の耐性メカニズムを発現する細胞株を用いたレザズリンアッセイを用いて評価した。NCI 60細胞株パネルのファーマコゲノミック特性評価は、COMPARE、階層的クラスターおよびネットワーク解析を用いて行った。フローサイトメトリーを用いて、細胞死のモードと活性酸素の発生を検出した。アポトーシスに関連するタンパク質の変化をウェスタンブロット法で決定した。
METHODS: The cytotoxicity to CA was assessed using the resazurin assays in cell lines expressing the mentioned resistance mechanisms. A pharmacogenomic characterization of the NCI 60 cell line panel was applied via COMPARE, hierarchical cluster and network analyses. Flow cytometry was used to detect cellular mode of death and ROS generation. Changes in proteins-related to apoptosis were determined by Western blotting.
結果:
ABCトランスポーター（P-gp、BCRPまたはABCB5）、変異EGFRまたはp53を発現する細胞株は、親株と比較してCAに対して交差耐性を示さなかった。薬物動態学的アプローチにより、異なる機能グループ（シグナル伝達、細胞骨格の制御、発生制御系など）に属する遺伝子を同定した。これらの遺伝子は、CA腫瘍の細胞応答を媒介する分子決定因子として予測された。影響を受けた生体機能の上位には、細胞発生、細胞増殖、および細胞死と生存が含まれた。最も感受性の高い腫瘍型として認識されている白血病細胞における CA 介在性アポトーシスの影響をフローサイトメトリーとウエスタンブロット解析により確認した。
RESULTS: Cell lines expressing ABC transporters (P-gp, BCRP or ABCB5), mutant EGFR or p53 were not cross-resistant to CA compared to their parental counterparts. By pharmacogenomic approaches, we identified genes that belong to different functional groups (e.g. signal transduction, regulation of cytoskeleton and developmental regulatory system). These genes were predicted as molecular determinants that mediate CA tumor cellular responses. The top affected biofunctions included cellular development, cellular proliferation and cellular death and survival. The effect of CA-mediated apoptosis in leukemia cells, which were recognized as the most sensitive tumor type, was confirmed via flow cytometry and western blot analysis.
結論:
CAは、難治性の腫瘍を標的とし、既存の化学療法と効果的に連携するための新しい治療法の選択肢を提供する可能性がある。薬物遺伝学的アプローチとネットワーク薬理学を用いて、がんの複雑性とCAのマルチターゲットの可能性との関係を解析し、多くの推定分子決定因子を同定した。これらはCAの新たな標的となりうるものであり、その可能性を臨床的ながん治療に反映させるためにはさらなる研究が必要である。
CONCLUSION: CA may provide a novel treatment option to target refractory tumors and to effectively cooperate with established chemotherapy. Using pharmacogenomic approaches and network pharmacology, the relationship between cancer complexity and multi-target potentials of CA was analyzed and many putative molecular determinants were identified. They could serve as novel targets for CA and further studies are needed to translate the possible implications to clinical cancer treatment.
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