Молекуларни механизми антитуморске активности новосинтетисаних 3-супституисаних-5-изопропил-5-фенилхидантоина

Abstract

Колоректални тумор је један од три најчешћа типа тумора у западној хемисфери и представља водећи узрок смрти изазван тумором у целини. До 20% пацијената има метастатску дисеминацију, најчешће у јетри. Операција би могла бити ефикасан третман само за одабране пацијенте, док су зрачење и помоћна хемотерапија и даље доминантна препоручена терапија за пацијенте са колоректалним тумором који имају метастазе на лимфним чворовима. Тумор дојке је најчешћи тип тумора и други водећи узрок смрти повезаних са тумором код жена широм света, што резултира са више од пола милиона смрти сваке године. Упркос широкој употреби мултимодалних хемотерапија, ниво смртности остаје висок, што наглашава потребу за новим терапијским приступима са већом ефикасношћу против малигних ћелија и напредном селективношћу према здравим ткивима. Хидантоин (имидазолидин-2,4-дион) и његови бројни деривати су једињења која се користе за клиничко лечење напада, епилепсије и срчане аритмије. Различита биолошка и фармаколошка својства, деривата хидантоина омогућила су им додатну примену као антимикробна, фунгицидна и хербицидна средства, такође испољавајући значајна противупална, хиполипидемична, антихипертензивна и антитуморска дејства. Нове физиолошке улоге хидантоина и његових деривата описане су у бројним истраживањима и данас су предмет многих студија. Хидантоин и његови новосинтетисани деривати су у фокусу нових студија због бројних биолошких активности и новонасталих корисних ефеката у различитим патолошким стањима, укључујући тумор. Циљ ове студије био је проценити могуће антитуморске механизме низа синтетисаних деривата 3-(4-супституисаних бензил)-5-изопропил-5-фенилхидантоина на различитим аспектима ћелијске физиологије код ћелијских линија тумора дебелог црева, HCT-116 и тумора дојке, MDA-MB-231. Ћелије су третиране растућим концентрацијама деривата хидантоина (0,01 μМ до 100 μМ) током 24, 48 и 72 сата, након чега је извршена процена степена пролиферације, присуства апоптозе, анализа ћелијског циклуса, активности каспаза, оксидативног/анти-оксидативног статуса, производње нитрита и способности миграције/потенцијал инвазије, утврђен је и профил експресије гена за iNOS, COX-2 и MMP-9. Добијени резултати показују значајан антитуморски потенцијал испитиваних деривата, посебно 3-бензил-5-изопропил-5-фенилхидантоина и 3-(4-хлоробензил)-5-изопропил-5-фенилхидантоина, што указује на могућност њихове потенцијалне употребе за развоју ефикаснијих хемотерапијских агенаса. Апоптоза игра кључну улогу у развоју организма, хомеостази ткива, имунском одговору, као и у етиологији бројних болести, укључујући туморе. Туморске ћелије избегавају апоптозу, прекомерно се размножавају и опстају у хипоксичним условима, стекавши отпорност на терапијска средства. Међу разним механизмима који доприносе избегавању апоптозе у ћелијама тумора појављују се њихове специфичне метаболичке адаптације и сигнализација као пресудни фактори. Ћелијски метаболити и разни сигнални молекули могу да регулишу активацију про- и анти-апоптотских протеина, укључујући каспазе, породицу протеаза специфичних за аспарагинску киселину, које су главни ефектори апоптозе...

Colorectal cancer is one of the three most common cancer types in the Western Hemisphere and represents a leading cause of death induced by cancer overall. Up to 20% of patients experience metastatic dissemination, most commonly to the liver. The surgery could be effective treatment only for selected patients, while the radiation and adjuvant chemotherapy remain the dominant recommended therapies for colorectal cancer patients with lymph node metastases. Breast cancer is the most common cancer type and the second leading cause of cancer-related deaths in women across the world resulting in more than half a million deaths each year. Despite the extensive use of multimodal chemotherapies, the level of mortality remains high, emphasizing the need for novel therapeutic approaches with higher efficiency against malignant cells and advanced selectivity towards healthy tissues. Hydantoin (imidazolidine-2,4-dione) and its numerous derivatives are compounds widely used for clinical treatment of seizures, epilepsy, and cardiac arrhythmias. Possessing various biological and pharmacological properties, hydantoin derivatives gained additional applications as anti-microbial, fungicidal, and herbicidal agents, also expressing significant anti-inflammatory, hypolipidemic, antihypertensive, and antitumor activities. Novel physiological roles of hydantoin and its derivatives emerged in numerous studies are yet to be fully understood. Hydantoin and its newly synthesized derivatives have recently become a focus of interest due to their numerous biological activities and newly emerging beneficial effects in different pathological conditions, including cancer. The aim of this study was to evaluate the possible antitumor mechanisms of series of newly synthesized 3-(4-substituted benzyl)-5-isopropyl-5-phenylhydantoin derivatives on different aspects of cell physiology of human colon cancer cell line, HCT-116 and human breast cancer cell line MDA-MB-231. The increasing concentrations of derivatives (0.01 μM up to 100 μM) were applied to cells during 24 h, 48 h, and 72 h after which the evaluation of proliferation, apoptosis, cell cycle oxidative/anti-oxidative status, nitrite production, and migration/invasion potential, iNOS, COX-2 and MMP-9 expression profile of treated cells were performed. The obtained results show significant anti-tumor potential of tested derivatives, especially 3-benzyl-5-isopropyl-5-phenylhydantoin and 3-(4-chlorobenzyl)-5-isopropyl-5-phenylhydantoin, suggesting their potential usage in the development of more effective chemotherapies. Apoptosis plays a crucial role in development of organism, tissue homeostasis, immune response, and in etiology of numerous diseases, including tumors. Tumor cells evade apoptosis, excessively proliferate and survive under hypoxic conditions, acquiring the resistance to therapeutic agents. Among various mechanisms that contribute to the evasion of apoptosis in tumor cells their specific metabolic adaptations and signaling are emerging as the crucial factors. Cellular metabolites and various signal molecules can regulate the activation of pro- and anti-apoptotic proteins including caspases, a family of aspartic acid-specific proteases, which are the major effectors of apoptosis. Caspases are normally synthesized as inactive precursors but become activated at the onset of apoptosis by different activation signals. Apoptosis-inducing agents are expected to be effective antitumor drugs, since apoptosis is a protective mechanism against tumor development that acts to remove genetically damaged cells from the epithelium before they undergo clonal expansion. The production of reactive oxygen species (ROS) is a physiological process inherent to all aerobic organisms due to mitochondrial respiratory chain activity...