Up-regulation of multidrug resistance-associated protein 1 (MRP1) is regarded as one of the main causes for multidrug resistance (MDR) of tumor cells, leading to failure of chemotherapy-based treatment for a multitude of cancers. However, whether silencing the overexpressed MRP1 is sufficient to reverse MDR has yet to be validated. This study demonstrated that RNAi-based knockdown of MRP1 reversed the increased efflux ability and MDR efficiently. Two different short haipin RNAs (shRNAs) targeting MRP1 were designed and inserted into pSilence-2.1-neo. The shRNA recombinant plasmids were transfected into cis-dichlorodiamineplatinum-resistant A549 lung (A549/DDP) cells, and then shRNA expressing cell clones were collected and maintained. Real time PCR and immunofluorescence staining for MRP1 revealed a high silent efficiency of these two shRNAs. Functionally, shRNA-expressing cells showed increased rhodamine 123 retention in A549/DDP cells, indicating reduced efflux ability of tumor cells in the absence of MRP1. Consistently, MRP1-silent cells exhibited decreased resistance to 3-(4, 5-dimethylthiazol-2-yl)-2, 5-diphenyltetrazolium bromide (MTT) and DDP, suggesting reversal of MDR in these tumor cells. Specifically, MRP1 knockdown increased the DDP-induced apoptosis of A549/DDP cells by increased trapping of their cell cycling in the G2 stage. Taken together, this study demonstrated that RNAi-based silencing of MRP1 is sufficient to reverse MDR in tumor cells, shedding light on possible novel clinical treatment of cancers.
Although diverse mechanisms are involved in multidrug resistance for chemotherapeutic drugs, the development of cellular P-glycoprotein(Pgp) and multidrug-resistance associated protein (MRP) are important factors in the chemotherapy failure to cancer. Various detection assays provide information about the presence of drug efflux pumps at the mRNA and protein levels. However these methods do not yield information about dynamic function of Pgp and MRP un vivo. Single photon emission tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET) are available for the detection of Pgp and MRP-mediated transport. $^{99m}Tc$-sestaMIBl and other $^{99m}Tc$-radiopharmaceuticals are substrates for Pgp and MRP, and have been used in clinical studies for tumor imaging, and to visualize blockade of Pgp-mediated transport after modulation of Pgp pump. Colchicine, verapamil and daunorubicin labeled with $^{11}C$ have been evaluated for the quantification of Pgp-mediated transport with PET in vivo and reported to be feasible substrates with which to image Pgp function in tumors. Leukotrienes are specific substrates for MRP and N-$[^{11}C]$acetyl-leukotriene E4 provides an opportunity to study MRP function non-invasively in vivo. Results obtained from recent publications are reviewed to confirm the feasibility of using SPECT and PET to study the functionality of MDR transporters in vivo.
Purpose: $^{99m}Tc$-sestamibi(MIBI) and $^{99m}Tc$-tetrofosmin have been used as substrates for P-glycoprotein (Pgp) and multidrug resistance associated protein (MRP), which are closely associated with multidrug resistance of the tumors. To understand different handling of radiotracers in cancer cell lines expressing Pgp and MRP, we compared cellular uptakes of $^{99m}Tc$-MIBI and $^{99m}Tc$-tetrofosmin. The effects of cyclosporin A (CsA), well-known multidrug resistant reversing agent, on the uptake of both tracers were also compared. Materials and Methods: HCT15/CL02 human colorectal cancer cells for Pgp expressing cells, and human non-small cell lung cancer A549 cells for MRP expressing cells, were used for in vitro and in vivo studies. RT-PCR, western blot analysis and immunohistochemistry were used for detection of Pgp and MRP. MDR-reversal effect with CsA was evaluated at different drug concentrations after incubation with MIBI or tetrofosmin. Radioactivities of supernatant and pellet were measured with gamma well counter. Tumoral uptake of the tracers were measured from tumor bearing nude mice treated with or without CsA. Results: RT-PCR, western blot analysis of the cells and irnrnunochemical staining revealed selective expression of Pgp and MRP for HCY15/CL02 and A549 cells, respectively. There were no significant difference in cellular uptakes of both tracers in HCT15/CL02 cells, but MIBI uptake was slightly higher than that of tetrofosmin in A549 cells. Co-incubation with CsA resulted in a increase in cellular uptakes of MIBI and tetrofosmin. Uptake of MIBI or tetrofosmin in HCT15/CL02 cells was increased by 10- and 2.4-fold, and by 7.5 and 6.3-fold in A549 cells, respectively. Percentage increase of MIBI was higher than that of tetrofosmin with CsA for both cells (p<0.05). In vivo biodistribution study showed that MIBI (114% at 10 min, 257% at 60 min, 396% at 240 min) and tetrofosmin uptake (110% at 10 min, 205% at 60 min, 410% at 240 min) were progressively increased by the time, up to 240 min with CsA. But increases in tumoral uptake were not significantly different between MIBI and tetrofosmin for both tumors. Conclusion: MIBI seems to be a better tracer than tetrofosmin for evaluating MDR reversal effect of the modulators in vitro, but these differences were not evident in vivo tumoral uptake. Both MIBI and tetrofosmin seem to be suitable tracers for imaging Pgp- and MRP-mediated drug resistance in tumors.
This study was undertaken to determine whether the 9 herbal complex induces apoptosis in human breast cancer MCF-7 cells and adriamycin-resistant MCF7/adR cells. Ethanol extracts of Bojungbangamtang (BBTE) and acidic polysaccharide of Red Ginseng (GIN) induced cell death in both MCF-7 and MCF7/adR cells. Ethanol extracts of Bojungbangamtang and acidic polysaccharide of Red Ginseng also induced $G_2/M$ cell cycle arrest and increased TUNEL positive cells in MCF7/adR cells. In addition, flow cytometric analysis revealed the decreased expression of P-glycoprotein (P-gp) in ethanol extracts of Bojungbangamtang and acidic polysaccharide of Red Ginseng treated MCF7/adR cells. Similarly, decreased protein levels of P-glycoprotein and multidrug resistance associated proteins-1 were also determined by immunocytometry in ethanol extracts of Bojungbangamtang treated MCF7/adR cells. Taken together these data indicate that ethanol extracts of Bojungbangamtang and acidic polysaccharide of Red Ginseng inhibit the function of ABC transporters such as multi drug resistance associated proteins (MRPs) and P-glycoprotein as well as induce apoptosis in MCF7/adR cells. Thus, these data suggest that ethanol extracts of Bojungbangamtang and polysaccharide of Red Ginseng can be candidates for the treatment of multidrug-resistant MCF7/adR cells.
Lee, Kyoung In;Moon, Young Sook;Pyo, Byoung Sik;Choi, Chul Hee
Natural Product Sciences
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v.18
no.4
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pp.211-214
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2012
Since 15-hydroxyprostaglandin dehydrogenase (15-PGDH) is the key metabolic enzyme of prostaglandin $E_2$ ($PGE_2$), inhibition of 15-PGDH is supposed to facilitate various physiological functions by increasing $PGE_2$. Methanol extract of Artemisia argyi (AAME) inhibited 15-PGDH ($IC_{50}$: $13.13{\mu}g/mL$) with relatively low cytotoxicity ($IC_{50}$: $415.00{\mu}g/mL$) and elevated extracellular $PGE_2$ levels in HaCaT cells. Real-time PCR analysis showed that AAME decreased significantly mRNA expression of PG transporter (PGT) in HaCaT cells. These results indicate that AAME could be applicable to functional materials as a 15-PGDH inhibitor and PGT expression inhibitor for the upregulation of extracellular $PGE_2$ level.
Multidrug resistance 3 (MDR3) is expressed on the canalicular membrane of the hepatocytes and plays an important role in protecting the liver from bile acids. Altered ABCB4 gene expression can lead to a rare hepatic disease, low phospholipid-associated cholelithiasis (LPAC). In this study, we characterized 3 ABCB4 mutations in LPAC patients using various in vitro assay systems. We first measured the ability of each mutant to transport paclitaxel and then the mechanisms by which these mutations might change MDR3 transport activity were determined using immunoblotting, cell surface protein biotinylation, and immunofluorescence. Through a membrane vesicular transport assay, we observed that the uptake of paclitaxel was significantly reduced in membrane vesicles expressing 2 ABCB4 mutations, F165I and S320F. Both mutants showed significantly decreased total and cell surface MDR3 expression. These data suggest two missense mutations of ABCB4 may alter function of MDR3 and ultimately can be determined as LPAC-causing mutations.
Although the outcome of cancer patients after cytotoxic chemotherapy is related diverse mechanisms, multidrug resistance (MDR) for chemotherapeutic drugs due to cellular P-glycoprotein (Pgp) or multidrug-resistance associated protein (MRP) is most important factor in the chemotherapy failure to cancer. A large number of pharmacologic compounds, including verapamil, quinidine, tamoxifen, cyclosporin A and quinolone derivatives have been reported to overcome MDR. Single photon emission computed tomography (SPECT) and positron emission tomography (PET) are available for the detection of Pgp and MRP-mediated transporter. $^{99m}Tc$-MIBI and other $^{99m}Tc$-radiopharmaceuticals are substrates for Pgp and MRP, and have been used in clinical studies for tumor imaging, and to visualize blockade of PgP-mediated transport after modulation of Pgp pump. Colchicine, verapamil and daunorubicin labeled with $^{11}C$ have been evaluated for the quantification of Pgp-mediated transport with PET in vivo and reported to be feasible substrates with which to image Pgp function in tumors. Leukotrienes are specific substrates for MRP and $N-[^{11}C]acetyl-leukotriene$ E4 provides an opportunity to study MRP function non-invasively in vivo. SPECT and PET pharmaceuticals have successfully used to evaluate pharmacologic effects of MDR modulators. Imaging of MDR and reversal of MDR with bioluminescence in a living animal is also evaluated for future clinical trial. We have described recent advances in molecular imaging of MDR and reviewed recent publications regarding feasibility of SPECT and PET imaging to study the functionality of MDR transporters in vivo.
Jaspine B is an anhydrophytosphingosine that is isolated from a marine sponge. Because of its structural similarity to sphingosine, it shows anti-cancer effects in human carcinomas. Therefore, this study aims to investigate its anti-proliferative effect on various cancer cells and to correlate its association with the intracellular accumulation of Jaspine B in relevant cancer cells. The anti-proliferative effect of Jaspine B in various cancer cells was determined by a cell viability test, and the intracellular concentration of Jaspine B in relevant cancer cells was determined using mass spectrometry coupled with liquid chromatography. The correlation coefficient and p value between the cytotoxicity and the cell accumulation of Jaspine B were determined using SPSS 16.1. The cytotoxicity of Jaspine B varied depending on the type of cancer cell when compared the $EC_{50}$ values of Jaspine B. Breast and melanoma cancer cells were susceptible to Jaspine B, whereas renal carcinoma cells were resistant. The intracellular concentrations of Jaspine B had a reciprocal correlation with the $EC_{50}$ values in the same cells (r = 0.838). The results suggested that the anti-proliferative effect of Jaspine B was associated with the cellular accumulation of this compound. However, Jaspine B was not a substrate for P-glycoprotein and breast cancer resistance protein, as major efflux pumps caused multidrug resistance. The maintenance of a high intracellular concentration is crucial for the cytotoxic effect of Jaspine B; however, efflux pumps may not be a controlling factor for Jaspine B-related resistance in cancer cells.
Yi, Ji Hyun;Cho, Yang-Je;Kim, Won-Joo;Lee, Min Goo;Lee, Ji Hyun
Genomics & Informatics
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v.11
no.4
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pp.254-262
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2013
The multidrug resistance protein 2 (MRP2, ABCC2) gene may determine individual susceptibility to adverse drug reactions (ADRs) in the central nervous system (CNS) by limiting brain access of antiepileptic drugs, especially valproic acid (VPA). Our objective was to investigate the effect of ABCC2 polymorphisms on ADRs caused by VPA in Korean epileptic patients. We examined the association of ABCC2 single-nucleotide polymorphisms and haplotype frequencies with VPA related to adverse reactions. In addition, the association of the polymorphisms with the risk of VPA related to adverse reactions was estimated by logistic regression analysis. A total of 41 (24.4%) patients had shown VPA-related adverse reactions in CNS, and the most frequent symptom was tremor (78.0%). The patients with CNS ADRs were more likely to have the G allele (79.3% vs. 62.7%, p=0.0057) and the GG genotype (61.0% vs. 39.7%, p=0.019) at the g.-1774delG locus. The frequency of the haplotype containing g.-1774Gdel was significantly lower in the patients with CNS ADRs than without CNS ADRs (15.8% vs. 32.3%, p=0.0039). Lastly, in the multivariate logistic regression analysis, the presence of the GG genotype at the g.-1774delG locus was identified as a stronger risk factor for VPA related to ADRs (odds ratio, 8.53; 95% confidence interval, 1.04 to 70.17). We demonstrated that ABCC2 polymorphisms may influence VPA-related ADRs. The results above suggest the possible usefulness of ABCC2 gene polymorphisms as a marker for predicting response to VPA-related ADRs.
Kim Junho;Kim Yeun;Bae Kiho;Song Taek-Sun;Cho Sang-Nae;Lee Hyeyoung
Biomedical Science Letters
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v.11
no.4
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pp.465-471
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2005
Ofloxacin has antimycobacterial activity that possibly contributes a pivotal role in the second-line drug regimens that are used for the treatment of multidrug-resistant tuberculosis. However, in some communities, the resistance rate of Mycobacterium tuberculosis to this agent is surging. Therefore, a rapid and accurate method that can be used to determine the resistance of M tuberculosis to the ofloxacin can be very useful for effective treatment of the patients. As an effort to develop such a method, this study was set up to reveal general types of mutations that are related to ofloxacin resistance of M tuberculosis. From previous studies, it has been well known that ofloxacin resistance is associated with mutations in a gene encoding the gyrase A subunit protein. In this study, we obtained 43 ofloxacin-resistant and 50 ofloxacin-susceptible M tuberculosis clinical isolates from Masan National TB Hospital, and sequences of DNA fragment of 320 bp, region of gyrA corresponding to the ofloxacin resistance-determining region were analyzed. In brief, the results showed that a total of seven mutation types were found at gyrA. Theses mutations were all clustered within nucleotides 2574 to 2586 of the gyrA gene (codons 88 to 94). Codon 94 was the most frequently substituted site. Twenty-four of the 43 isolates had mutations at this position resulting in a total of five different types of amino acid changes $(Asp{\to}Ala,\;Asp{\to}Gly,\;Asp{\to}His,\;Asp{\to}Tyr,\;and\;Asp{\to}Asn)$. Five isolates contained a mutation at codon 90 resulting $Ala{\to}Val$ change. Four isolates had mutations at codon 91 causing a $Ser{\to}Pro$ change at this site. Two isolates contained a mutation at codon 88 and each of them resulted in different types of amino acid changes $(Gly{\to}Cys,\;Gly{\to}Ala)$. On the other hand, polymorphic site at codon 95 was found in both ofloxacin-resistant and ofloxacin-susceptible isolates. From these results, we concluded that the rate of mutations present in gyrA among ofloxacin-resistant M. tuberculosis in Korea is similar to the general rates of mutations found throughout the world. Subsequently, an oligonucleotide probe was designed based on the results of sequence analysis and was used to develop a dot blot hybridization assay system to determine ofloxacin-resistance of M tuberculosis. To evaluate this probe, dot-blot hybridization was carried out using other 57 clinical isolates, and the results showed that the dot-blot hybridization assay is good for detecting sequence alterations atgyrA gene.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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