The tumor microenvironment greatly influences cancer cell characteristics, and acidic extracellular pH has been implicated as an essential factor in tumor malignancy and the induction of drug resistance. Here, we examined the characteristics of gastric carcinoma (GC) cells under conditions of extracellular acidity and attempted to identify a means of enhancing treatment efficacy. Acidic conditions caused several changes in GC cells adversely affecting chemotherapeutic treatment. Extracellular acidity did inhibit GC cell growth by inducing cell cycle arrest, but did not induce cell death at pH values down to 6.2, which was consistent with down-regulated cyclin D1 and up-regulated p21 mRNA expression. Additionally, an acidic environment altered the expression of atg5, HSPA1B, collagen XIII, collagen XXAI, slug, snail, and zeb1 genes which are related to regulation of cell resistance to cytotoxicity and malignancy, and as expected, resulted in increased resistance of cells to multiple chemotherapeutic drugs including etoposide, doxorubicin, daunorubicin, cisplatin, oxaliplatin and 5-FU. Interestingly, however, acidic environment dramatically sensitized GC cells to apoptosis induced by tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL). Consistently, the acidity at pH 6.5 increased mRNA levels of DR4 and DR5 genes, and also elevated protein expression of both death receptors as detected by immunoblotting. Gene silencing analysis showed that of these two receptors, the major role in this effect was played by DR5. Therefore, these results suggest that extracellular acidity can sensitize TRAIL-mediated apoptosis at least partially via DR5 in GCs while it confers resistance to various type of chemotherapeutic drugs.
Jin, Cheng-Yun;Park, Cheol;Hong, Su Hyun;Choi, Yung Hyun
Journal of Life Science
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v.24
no.7
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pp.769-776
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2014
Anisomycin, also known as flagecidin, is an antibiotic produced by Streptomyces griseolus that inhibits protein synthesis by binding to the ribosomal 28S subunit. The tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is a protein that induces apoptotic cell death. TRAIL primarily causes apoptosis in tumor cells by binding to death receptors. Many human cancer cell lines are refractory to TRAIL-induced cell death. In this study, we investigated whether anisomycin could enhance TRAIL-mediated apoptosis in TRAIL-resistant human hepatocarcinoma Hep3B cells. Treatment with anisomycin and TRAIL alone did not reduce cell viability in Hep3B cells. However, in the presence of TRAIL, the anisomycin concentration dependently reduced the cell viability. Our results indicate that anisomycin sensitizes Hep3B cells to TRAIL-mediated apoptosis and that this occurs, at least partly, via caspase activation. Interestingly, Bid knockdown by small interfering RNA significantly reduced the induction of apoptosis in combination with anisomycin and TRAIL, indicating that anisomycin effectively acts to lower the threshold at which TRAIL-mediated truncated Bid triggers the mitochondrial-mediated apoptosis program in Hep3B cells. Therefore, the use of TRAIL in combination with anisomycin might provide an effective therapeutic strategy for the safe treatment of some TRAIL-resistant cancer cells.
Objectives : We investigated whether snake venom toxin(SVT) from Vipera lebetina turanica sensitizes HT29 human epithelial colorectal cancer cells to tumor necrosis factor(TNF)-related apoptosis-inducing ligand(TRAIL) induced apoptosis in cancer cells. Methods : Cell viability assay was used to assess the inhibitory effect of TRAIL on cell growth of HT29 human colorectal cancer cells. And 6-diamidino-2-phenylindole(DAPI), terminal deoxynucleotidyl transferase mediated dUTP nick end labeling assay(TUNEL) staining assay were used to evaluate cell-apoptosis. Western blot analysis were conducted to observe apoptosis related proteins and death receptor. To assess whether the synergized inhibitory effect of SVT and TRAIL on reactive oxygen species(ROS) generation was reversed by strong anti-oxidative agent. Results : SVT with TRAIL inhibited HT29 cell growth different from TRAIL alone. Consistent with cell growth inhibition, the expression of TRAIL receptors; Expression of death receptor(DR)4 and DR5 was significantly increased and intrinsic pro-apoptotic cleaved caspase-3, -9 was subsequently increased together with increase of Bax/Bcl-2 ratio and extrinsic pro-apototic caspase-8 was also activated. In addition, the expression of anti-apoptotic survival proteins, a marker of TRAIL resistance(eg, cFLIP, survivin, X-linked inhibitor of apoptosis protein(XIAP) and Bcl-2) was suppressed by the combination treatment of SVT and TRAIL. Pretreatment with the ROS scavenger N-acetylcysteine abolished the SVT and TRAIL-induced upregulation of DR4 and DR5 expression and expression of the intrinsic pro-apoptotic caspase-3 and-9. Conclusion : The collective results suggest that SVT facilitates TRAIL-induced apoptosis in $HT_{29}$ human epithelial colorectal cancer cells through up-regulation of the TRAIL receptors; DR4 and DR5 and consecutive induction of bilateral apoptosis via regulating apoptosis related proteins.
Sanguinarine, a benzophenanthridine alkaloid originally derived from the root of Sanguinaria canadensis, has been shown to possess antimicrobial, antioxidant, and anti-cancer properties. Although tumor necrosis factor-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is known to induce apoptosis in cancer cells, but not most normal cells and has shown efficacy in a phase 2 clinical trial, development of resistance to TRAIL by tumor cells is a major roadblock. Our previous study indicated that treatment with TRAIL in combination with subtoxic concentrations of sanguinarine sensitized TRAIL-mediated apoptosis in TRAIL-resistant human gastric carcinoma AGS cells; however, the detailed mechanisms are not fully understood. In this study, we show that sanguinarine sensitizes AGS cells to TRAIL-mediated apoptosis as detected by MTT assay, agarose gel electrophoresis, chromatin condensation and flow cytometry analysis. Combined treatment with sanguinarine and TRAIL effectively induced expression of death receptor (DR) 5 but did not affect expression of DR4 and mitogen activated protein kinases signaling molecules. Moreover, the combined treatment with sanguinarine and TRAIL increased the generation of reactive oxygen species (ROS); however, N-acetylcysteine, ROS scavenger, significantly recovered growth inhibition induced by the combined treatment. Taken together, our results indicate that sanguinarine can potentiate TRAIL-mediated apoptosis through upregulation of DR5 expression and ROS generation.
Han, Min Ho;Park, Cheol;Kwon, Taek Kyu;Kim, Gi-Young;Kim, Wun-Jae;Hong, Sang Hoon;Yoo, Young Hyun;Choi, Yung Hyun
Biomolecules & Therapeutics
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v.23
no.1
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pp.31-38
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2015
Histone acetylation plays a critical role in the regulation of transcription by altering the structure of chromatin, and it may influence the resistance of some tumor cells to tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) by regulating the gene expression of components of the TRAIL signaling pathway. In this study, we investigated the effects and molecular mechanisms of trichostatin A (TSA), a histone deacetylase inhibitor, in sensitizing TRAIL-induced apoptosis in Caki human renal carcinoma cells. Our results indicate that nontoxic concentrations of TSA substantially enhance TRAIL-induced apoptosis compared with treatment with either agent alone. Cotreatment with TSA and TRAIL effectively induced cleavage of Bid and loss of mitochondrial membrane potential (MMP), which was associated with the activation of caspases (-3, -8, and -9) and degradation of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP), contributing toward the sensitization to TRAIL. Combined treatment with TSA and TRAIL significantly reduced the levels of the cellular Fas-associated death domain (FADD)-like interleukin-$1{\beta}$-converting enzyme (FLICE) inhibitory protein (c-FLIP), whereas those of death receptor (DR) 4, DR5, and FADD remained unchanged. The synergistic effect of TAS and TRAIL was perfectly attenuated in c-$FLIP_L$-overexpressing Caki cells. Taken together, the present study demonstrates that down-regulation of c-FLIP contributes to TSA-facilitated TRAIL-induced apoptosis, amplifying the death receptor, as well as mitochondria-mediated apoptotic signaling pathways.
The tumor necrosis, factor-related, apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is regarded as a potentially useful anticancer agent with excellent selectivity for cancer cells. However, a considerable number of cancer cells are resistant to apoptosis induction by TRAIL. Developing strategies to overcome this resistance are important for the successful use of TRAIL for cancer therapy. Here, we revealed that siRNA-mediated downregulation of SIRT1 or SIRT1 inhibitor Amurensin G upregulated DR5 and c-Myc and downregulated c-$FLIP_{L/S}$ and Mcl-1, which was associated with sensitization of TRAIL-resistant MCF-7 cells to TRAIL. This result was followed by the activation of caspases, PARP cleavage, and downregulation of Bcl-2 in both TRAIL-treated MCF-7 cells transfected with SIRT1 siRNA and cells co-treated with Amurensin G and TRAIL. Our results suggest that the induction of DR5 and downregulation of c-FLIP via suppression of SIRT1 expression may be a useful strategy to increase the susceptibility of TRAIL-resistant cancer cells to TRAIL-induced cell death.
Background: TRAIL is a cytokine that selectively induces apoptosis in various cancer cell lines. Gefitinib is new targeted drug applied in lung cancer that selectively inhibits EGFR tyrosine kinase. However, lung cancers have shown an initial or acquired resistance to these drugs. This study examined the effect of IGF-1R and its blockade on enhancing the sensitivity of lung cancer cell lines to TRAIL and gefitinib. Methods: Two lung cancer cell lines were used in this study. NCI H460 is very sensitive to TRAIL and gefitinib. On the other hand, A549 shows moderate resistance to TRAIL and gefitinib. The IGF-1R blockade was performed using adenoviruses expressing the dominant negative IGF-1R and shRNA to IGF-1R and AG1024 (IGF-1R tyrosine kinase inhibitor). Results: The adenovirus expressing dominant negative IGF-1R(950st) induced the increased expression of defective IGF-1R on the lung cancer cell surface, and the adenovirus-shIGF-1R effectively decreased the level of IGF-1R expression on cell surface. The genetic blockade of IGF-1R by the adenovirus-dnIGF-1R and AG1024 increased the sensitivity of A549 cells to TRAIL. The reduction of IGF-1R by transduction with ad-shIGF-1R also increased the sensitivity of the A549 cells to gefitinib. Conclusion: The blockade of IGF-1R through various mechanisms increased the sensitivity of the lung cancer cell line that was resistant to TRAIL and gefitinib. However, further studies using other cell lines showing acquired resistance as well as in vivo animal experiments will be needed.
Park, Seong Ho;Park, So Jung;Kim, Joo-Oh;Shin, Ji Hyun;Kim, Eun Sung;Jo, Yoon Kyung;Kim, Jae-Sung;Park, So Jung;Jin, Dong-Hoon;Hwang, Jung Jin;Lee, Seung Jin;Jeong, Seong-Yun;Lee, Chaeyoung;Kim, InKi;Cho, Dong-Hyung
Biomolecules & Therapeutics
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v.21
no.1
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pp.29-34
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2013
The tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is a member of the tumor necrosis factor family of cytokines. TRAIL selectively induces apoptotic cell death in various tumors and cancer cells, but it has little or no toxicity in normal cells. Agonism of TRAIL receptors has been considered to be a valuable cancer-therapeutic strategy. However, more than 85% of primary tumors are resistant to TRAIL, emphasizing the importance of investigating how to overcome TRAIL resistance. In this report, we have found that nemadipine-A, a cell-permeable L-type calcium channel inhibitor, sensitizes TRAIL-resistant cancer cells to this ligand. Combination treatments using TRAIL with nemadipine-A synergistically induced both the caspase cascade and apoptotic cell death, which were blocked by a pan caspase inhibitor (zVAD) but not by autophagy or a necrosis inhibitor. We further found that nemadipine-A, either alone or in combination with TRAIL, notably reduced the expression of survivin, an inhibitor of the apoptosis protein (IAP) family of proteins. Depletion of survivin by small RNA interference (siRNA) resulted in increased cell death and caspase activation by TRAIL treatment. These results suggest that nemadipine-A potentiates TRAIL-induced apoptosis by down-regulation of survivin expression in TRAIL resistant cells. Thus, combination of TRAIL with nemadipine-A may serve a new therapeutic scheme for the treatment of TRAIL resistant cancer cells, suggesting that a detailed study of this combination would be useful.
Research over the years has progressively shown substantial broadening of the tumor necrosis factor alpha-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL)-mediated signaling landscape. Increasingly it is being realized that pancreatic cancer is a multifaceted and genomically complex disease. Suppression of tumor suppressors, overexpression of oncogenes, epigenetic silencing, and loss of apoptosis are some of the extensively studied underlying mechanisms. Rapidly accumulating in vitro and in vivo evidence has started to shed light on the resistance mechanisms in pancreatic cancer cells. More interestingly a recent research has opened new horizons of miRNA regulation by DR5 in pancreatic cancer cells. It has been shown that DR5 interacts with the core microprocessor components Drosha and DGCR8, thus impairing processing of primary let-7. Xenografting DR5 silenced pancreatic cancer cells in SCID-mice indicated that there was notable suppression of tumor growth. There is a paradigm shift in our current understanding of TRAIL mediated signaling in pancreatic cancer cells that is now adding new layers of concepts into the existing scientific evidence. In this review we have attempted to provide an overview of recent advances in TRAIL mediated signaling in pancreatic cancer as evidenced by findings of in vitro and in vivo analyses. Furthermore, we discuss nanotechnological advances with emphasis on PEG-TRAIL and four-arm PEG cross-linked hyaluronic acid (HA) hydrogels to improve availability of TRAIL at target sites.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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