Heat shock protein 90 (Hsp90) is treated as a molecular therapeutic target for the prevention and treatment of cancer. Geldanamycin (GA) was the first identified natural Hsp90 inhibitor, but hepatotoxicity has limited its clinical application. Nevertheless, a new GA analog (WK-88-1) with the non-benzoquinone skeleton, obtained from genetically engineered Streptomyces hygroscopicus, was found to have anticancer activity against two human breast cancer cell lines. WK-88-1 produced concentration-dependent inhibition of cell proliferation, cell cycle arrest, and apoptosis in estrogen receptor (ER)-positive MCF-7 and ER-negative MDA-MB-231 cell lines. Detailed analysis showed that WK-88-1 downregulated some key cell cycle molecules (CDK1 and cyclin B1) and lead to $G_2/M$ cell cycle arrest. Further studies also showed that WK-88-1 could induce human breast cancer cell apoptosis by downregulating Hsp90 client proteins (Akt, p-Akt, IKK, c-Raf, and Bcl-2), decreasing the ATP level, increasing reactive oxygen species production, and lowering the mitochondrial membrane potential. Meanwhile, we discovered that WK-88-1 significantly decreased the levels of Her-2 and $ER-{\alpha}$ in MCF-7 cells but not in MDA-MB-231 cells. In addition, WK-88-1 significantly increased caspase-3, -8, and -9 activities and the cleavage of PARP in a concentration-dependent manner (with the exception of caspase-3 and PARP in MCF-7 cells). Taken together, our preliminary results suggest that WK-88-1 has the potential to play a role in breast cancer therapy.
Background: To investigate the inhibitory effect and the underlying mechanism of triptolide on cultured human endometrial carcinoma HEC-1B cells and corresponding xenograft. Materials and Methods: For in vitro studies, the inhibition effect of proliferation on HEC-1B cell by triptolide was determined by MTT assay; cell cycle and apoptosis of the triptolide-treated and untreated cells were detected by flow cytometry. For in vivo studies, a xenograft tumor model of human endometrial carcinoma was established using HEC-1B cells, then the tumor-bearing mice were treated with high, medium, and low-dose ($8{\mu}g$, $4{\mu}g$ and $2{\mu}g/day$) triptolide or cisplatin at $40{\mu}g/day$ or normal saline as control. The mice were treated for 10-15 days, during which body weight of the mice and volume of the xenograft were weighted. Then expression of Bcl-2 and vascular endothelial growth factor (VEGF) was analyzed by SABC immunohistochemistry. Results: Cell growth was significantly inhibited by triptolide as observed by an inverted phase contrast microscope; the results of MTT assay indicated that triptolide inhibits HEC-1B cell proliferation in a dose and time-dependent manner; flow cytometry showed that low concentration (5 ng/ml) of triptolide induces cell cycle arrest of HEC-1B cells mainly at S phase, while higher concentration (40 or 80 ng/ml) induced cell cycle arrest of HEC-1B cells mainly at G2/M phase, and apoptosis of the cells was also induced. High-dose triptolide showed a similar tumor-inhibitory effect as cisplatin (-50%); high-dose triptolide significantly inhibited Bcl-2 and VEGF expression in the xenograft model compared to normal saline control (P<0.05). Conclusions: triptolide inhibits HEC-1B cell growth both in vitro and in mouse xenograft model. Cell cycle of the tumor cells was arrested at S and G2/M phase, and the mechanism may involve induction of tumor cell apoptosis and inhibition of tumor angiogenesis.
Hypoxia in solid tumors is known to contribute to intrinsic chemoresistance. Histocultures are in vitro 3 dimensional cultures of tumor tissues and maintain the characteristic microenvironment of human solid tumors in vivo including hypoxia and multicellular structure. In this study, we evaluated the pharmacodynamics of tirapazamine(TPZ), a hypoxia-selective cytotoxin, in human non small cell lung cancer(NSCLC) cells grown as monolayers and histocultures. Antiproliferative activity of TPZ was determined after various conditions of drug exposure, and cell cycle arrest and apoptosis were also measured using flow cytometry. In monolayers, hypoxia selectivity measured by hypoxic/normoxic cytotoxicity ratio was increased with longer exposure. Lower cytotoxicity of TPZ was observed in histocultures compared to monolayers, however, a similar level of cytotoxicity was obtained with longer exposure of 96 hr. TPZ induced $G_2/M$ arrest and apoptosis in both culture conditions, which were greatly enhanced under hypoxic condition. Our data clearly showed the different pharmacodynamics of TPZ in monolayers and histocultures. Antiproliferative activity of TPZ against human solid tumors can be improved with longer drug exposure by exploiting drug delivery systems or by combining angiogenesis inhibitors to maintain drug concentration in tumor tissues.
Ji, Yu-Bin;Chen, Ning;Zhu, Hong-Wei;Ling, Na;Li, Wen-Lan;Song, Dong-Xue;Gao, Shi-Yong;Zhang, Wang-Cheng;Ma, Nan-Nan
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.21
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pp.9319-9325
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2014
Alkaloids are the most extensively featured compounds of natural anti-tumor herbs, which have attracted much attention in pharmaceutical research. In our previous studies, a mixture of major three alkaloid components (5, 6-dihydrobicolorine, 7-deoxy-trans-dihydronarciclasine, littoraline) from Hymenocallis littoralis were extracted, analyzed and designated as AHL. In this paper, AHL extracts were added to human liver hepatocellular cells HepG-2, human gastric cancer cell SGC-7901, human breast adenocarcinoma cell MCF-7 and human umbilical vein endothelial cell EVC-304, to screen one or more AHL-sensitive tumor cell. Among these cells, HepG-2 was the most sensitive to AHL treatment, a very low dose ($0.8{\mu}g/ml$) significantly inhibiting proliferation. The non-tumor cell EVC-304, however, was not apparently affected. Effect of AHL on HepG-2 cells was then explored. We found that the AHL could cause HepG-2 cycle arrest at G2/M checkpoint, induce apoptosis, and interrupt polymerization of microtubules. In addition, expression of two cell cycle-regulated proteins, CyclinB1 and CDK1, was up-regulated upon AHL treatment. Up-regulation of the Fas, Fas ligand, Caspase-8 and Caspase-3 was observed as well, which might imply roles for the Fas/FsaL signaling pathway in the AHL-induced apoptosis of HepG-2 cells.
HoxB4, a homeodomain-containing transcription factor, is involved in the expansion of hematopoietic stem cells and progenitor cells in vivo and in vitro, and plays a key role in regulating the balance between hematopoietic stem cell renewal and cell differentiation. However, the biological activity of HoxB4 in other cells has not been reported. In this study, we investigated the effect of overexpressed HoxB4 on cell survival under various conditions that induce death, using the Ba/F3 cell line. Analysis of phenotypical characteristics showed that HoxB4 overexpression in Ba/F3 cells reduced cell size, death, and proliferation rate. Moreover, the progression from early to late apoptotic stages was inhibited in Ba/F3 cells subjected to HoxB4 overexpression under removal of interleukin-3-mediated signal, leading to the induction of cell cycle arrest at the G2/M phase and attenuated cell death by Fas protein stimulation in vitro. Furthermore, apoptotic cell death induced by doxorubicin-treated G2/M phase cell-cycle arrest also decreased with HoxB4 overexpression in Ba/F3 cells. From these data, we suggest that HoxB4 may play an important role in the regulation of pro-B cell survival under various apoptotic death environments.
Park Ji-Yoon;Hwang Chang-Il;Park Woong-Yang;Kim Jin-Kyu;Chai Young Gyu
Korean Journal of Environmental Biology
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v.23
no.1
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pp.21-26
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2005
Cell response to genotoxic agents is complex and involves the participation of different classes of genes including cell cycle control, DNA repair and apoptosis. In this report, we presented a approach to characterize the cellular functions associated with the altered transcript profiles of MCF-7 exposed to low-dose in vitro gamma-irradiation. We used the method of human 2.4 k cDNA microarrays containing apoptosis, cell cycle, chromatin, repair, stress and chromosome genes to analyze the differential gene expression characterization that were displayed by radiation-exposed cell, human breast carcinoma MCF-7 cell line, such as 4 Gy 4 hr, 8 Gy 4 hr, and 8 Gy 12 hr. Among these genes, 66 were up-regulated and 49 were down-regulated. Specific genes were concomitantly induced in the results. Cyclin dependent kinase 4 (Cdk4) is induced for starting the cell cycle. This regulation is required for a DNA damageinduced G1 arrest. In addition to, an apoptotic pathways gene Bcl-w was concomitantly induced. Mismatch repair protein homologue-l (hMLH1), a necessary component of DNA mismatch protein repair (MMR), in G2-M cell cycle checkpoint arrest. The present study provides new information on the molecular mechanism underlying the cell response to genotoxic stress, with relevance to basic and clinical research.
Radiotherapy is currently applied in the treatment of human cancers. We studied whether genistein would enhance the radiosensitivity and explored its precise molecular mechanism in cervical cancer cells. After co-treatment with genistein and irradiation, the viability, cell cycle analysis, and apoptosis signaling cascades were elucidated in CaSki cells. The viability was decreased by co-treatment with genistein and irradiation compared with irradiation treatment alone. Treatment with only ${\gamma}$-irradiation led to cell cycle arrest at the $G_1$ phase. On the other hand, co-treatment with genistein and ${\gamma}$-irradiation caused a decrease in the $G_1$ phase and a concomitant increase up to 56% in the number of $G_2$ phase. In addition, co-treatment increased the expression of p53 and p21, and Cdc2-tyr-15-p, supporting the occurrence of $G_2/M$ arrest. In general, apoptosis signaling cascades were activated by the following events: release of cytochrome c, upregulation of Bax, down regulation of Bcl-2, and activation of caspase-3 and -8 in the treatment of genistein and irradiation. Apparently, co-treatment downregulated the transcripts of E6*I, E6*II, and E7. Genistein also stimulated irradiation-induced intracellular reactive oxygene, species (ROS) production, and co-treatment-induced apoptosis was inhibited by the antioxidant N-acetylcysteine, suggesting that apoptosis has occurred through the increase in ROS by genistein and ${\gamma}$-irradiation in cervical cancer cells. Gamma-irradiation increased cyclooxygenase-1 (COX-2) expression, whereas the combination with genistein and ${\gamma}$-irradiation almost completely prevented irradiation-induced COX-2 expression and $PGE_2$ production. Co-treatment with genistein and ${\gamma}$-irradiation inhibited proliferation through $G_2/M$ arrest and induced apoptosis via ROS modulation in the CaSki cancer cells.
As negative regulators of cytokine signaling pathways, suppressors of cytokine signaling (SOCS) proteins have been reported to possess both pro-tumor and anti-tumor functions. Our recent studies have demonstrated suppressive effects of SOCS1 on epithelial to mesenchymal signaling in colorectal cancer cells in response to fractionated ionizing radiation or oxidative stress. The objective of the present study was to determine the radiosensitizing action of SOCS1 as an anti-tumor mechanism in colorectal cancer cell model. In HCT116 cells exposed to ionizing radiation, SOCS1 over-expression shifted cell cycle arrest from G2/M to G1 and promoted radiation-induced apoptosis in a p53-dependent manner with down-regulation of cyclin B and up-regulation of p21. On the other hand, SOCS1 knock-down resulted in a reduced apoptosis with a decrease in G1 arrest. The regulatory action of SOCS1 on the radiation response was mediated by inhibition of radiation-induced Jak3/STAT3 and Erk activities, thereby blocking G1 to S transition. Radiation-induced early ROS signal was responsible for the activation of Jak3/Erk/STAT3 that led to cell survival response. Our data collectively indicate that SOCS1 can promote radiosensitivity of colorectal cancer cells by counteracting ROS-mediated survival signal, thereby blocking cell cycle progression from G1 to S. The resulting increase in G1 arrest with p53 activation then contributes to the promotion of apoptotic response upon radiation. Thus, induction of SOCS1 expression may increase therapeutic efficacy of radiation in tumors with low SOCS1 levels.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.7
no.1
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pp.395-405
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2017
To confirm potential anti-cancer activities of ethylacetate (EtOAc) fraction from Orostachys japonicus on the A549 human lung cancer cells, this study examined. As a result of conducting MTS assay for measuring cell viability, the EtOAc fraction inhibited the proliferation of A549 cells in a dose-dependent manner. To investigate whether the inhibiting A549 cell viability was caused by apoptosis, this study analyzed chromatin condensation in A549 cells using DAPI staining. The morphological changes such as the formation of nuclear condensation were formed in a dose-dependent manner. Also, this study performed Annexin V-FITC staining for detecting phosphatidylinositol (PS). As a result of Annexin V-FITC staining to investigate level of early and late apoptosis, the apoptosis level treated with EtOAc fraction was higher than that of control. RT-PCR was performed to study the correlation between G2/M cell cycle arrest and cell cycle control genes. The anti-cancer activity of EtOAc fraction was accompanied by inhibition of CDK1, 4, cyclin B1 and D1 mRNA. This study also examined the expression of various marker proteins: p53, Bax, Bcl-2 and pro-caspase 3. Western blotting revealed that p53 and Bax proteins were up-regulated, and Bcl-2 and pro-caspase 3 proteins down-regulated in a time and dose-dependent manner.
The present study was designed to determine how the phytochemical genistein activates caspase-3 to cause cell cycle arrest and apoptosis. When human ovarian cancer SK-OV-3 cells were treated with $200\;{\mu}M$ genistein for 24 hr, cell growth decreased significantly (p<0.05). Conversely, genistein treatment significantly increased cytotoxicity (measured as lactate dehydrogenase release) under the same conditions (p<0.05). To elucidate the mechanism behind the induction of apoptosis by genistein, we studied the cell cycle and caspase-3 activation. When cells were treated with genistein, the population of cells in sub-G1 phase increased by 44.2% compared to untreated cells. Genistein caused decrease in precursor caspase-3, increase in cleaved caspase-3 and a significant increase in caspase-3 activity (p<0.05). Therefore, genistein may induce apoptosis via caspase-3 activation. However, high-dose genistein treatment must be viewed with caution because of its potential cytotoxicity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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