تاثیر کربوکسی متیل دکستران-آسپاراژیناز بر آپوپتوز و اتو فاژی در سلول‌های NALM-6

نوع مقاله : مقاله کامل

نویسندگان

چکیده

پیشینه: لوسمی لنفوبلاستیک حاد (ALL) یک اختلال بدخیم در انسان‌ها و حیوانات است. ال-آسپاراژیناز به عنوان یک داروی شیمی درمانی به دلیل عوارض جانبی و پایداری پایین در سرم دارای محدودیت‌هایی است. در مطالعه قبلی، اصلاح شیمیایی ال-آسپاراژیناز با کربوکسی متیل دکستران جهت بهبود خواص آن انجام شد. هدف: این مطالعه با هدف تایید پتانسیل اصلاح شیمیایی ال-آسپاراژیناز با کربوکسی متیل دکستران با استفاده از سلول‌های NALM-6 انجام شد. روش کار: پس از کشت سلول‌های NALM-6، تیمار آن‌ها با غلظت‌های 0، 5/0، 1، 5/1، و 2 IU/ml از آنزیم‌های ال-آسپاراژیناز طبیعی و اصلاح شده انجام گرفت. غلظت بهینه آنزیم، در فواصل زمانی مشخص تعیین شد و میزان زنده‌مانی و فعالیت متابولیکی سلول‌ها با تست‌های تریپان بلو و MTT تعیین شد. از فلوسایتومتری و رنگ آمیزی Annexin V/PI برای ارزیابی آپوپتوز استفاده شد. برای ارزیابی تغییرات در بیان ژن‌های ATG2B و LC3II از تکنیک RT-PCR استفاده شد. آنالیز داده‌ها با استفاده از نرم افزار PRISM انجام گرفت. نتایج: آنزیم ال-آسپاراژیناز اصلاح شده زنده‌مانی سلول‌های NALM-6 را کاهش داد از طرفی منجر به افزایش میزان آپوپتوز در آن‌ها شد (P=0.001). این آنزیم تاثیر کمتری روی اتوفاژی گذاشت. نتیجه‌گیری: آنزیم کربوکسی متیل دکستران-ال-آسپاراژیناز اثربخشی بیشتری در کاهش زنده مانی سلول‌های NALM-6 نشان داد و آپوپتوز را به میزان بیشتری القا کرد. جالب است که این آنزیم اثر کمتری بر اتوفاژی داشت. از آنجا که اتوفاژی بیش از حد می‌تواند منجر به مقاومت دارویی شود، این موضوع حائز اهمیت است. این یافته‌ها نشان می‌دهند که ال-آسپاراژیناز اصلاح شده ممکن است پتانسیل بیشتری به عنوان یک داروی شیمی درمانی موثر برای درمان لوسمی لنفوبلاستیک حاد داشته باشد.

موضوعات


Batool, T; Makky, EA; Jalal, M and Yusoff, MM (2016). A comprehensive review on L-asparaginase and its applications. Appl. Biochem. Biotechnol., 178: 900-923.
Belviso, S; Iuliano, R; Amato, R; Perrotti, N and Menniti, M (2017). The human asparaginase enzyme (ASPG) inhibits growth in leukemic cells. PloS One. 12: 0178174.
Bhat, P; Kriel, J; Shubha, B; Basappa, P; Shivananju, NS and Loos, B (2018). Modulating autophagy in cancer therapy: advancements and challenges for cancer cell death sensitization. Biochem. Pharmacol., 147: 170-182.
Cecconello, DK; Magalhães, MRD; Werlang, ICR; Lee, MLDM; Michalowski, MB and Daudt, LE (2020). Asparaginase: An old drug with new questions. Hematol. Transfus. Cell Ther., 42: 275-282.
Chahardahcherik, M; Ashrafi, M; Ghasemi, Y and Aminlari, M (2020). Effect of chemical modification with carboxymethyl dextran on kinetic and structural properties of L-asparaginase. Anal. Biochem., 591: 113537.
Chen, Q; Ye, L; Fan, J; Zhang, X; Wang, H; Liao, S; Song, P; Wang, Z; Wang, S and Li, Y (2017). Autophagy suppression potentiates the anti-glioblastoma effect of asparaginase in vitro and in vivo. Oncotarget. 8: 91052-91066.
Cuomo, F; Altucci, L and Cobellis, G (2019). Autophagy function and dysfunction: potential drugs as anti-cancer therapy. Cancers. 11: 1465.
Denton, D; Xu, T and Kumar, S (2015). Autophagy as a pro-death pathway. Immunol. Cell Biol., 93: 35-42.
Galluzzi, L; Baehrecke, EH; Ballabio, A; Boya, P; Bravo-San Pedro, JM; Cecconi, F; Choi, AM; Chu, CT; Codogno, P and Colombo, MI (2017). Molecular definitions of autophagy and related processes. EMBO J., 36: 1811-1836.
Gharehchahi, F; Zare, F; Dehbidi, GR; Yousefi, Z; Pourpirali, S and Tamaddon, G (2023). Autophagy and apoptosis cross-talk in response to epigallocatechin gallate in NALM-6 cell line. Jundishapur J. Nat. Pharm. Prod., 18: e138054.
Hlozkova, K; Pecinova, A; Alquezar-Artieda, N; Pajuelo-Reguera, D; Simcikova, M; Hovorkova, L; Rejlova, K; Zaliova, M; Mracek, T and Kolenova, A (2020). Metabolic profile of leukemia cells influences treatment efficacy of L-asparaginase. BMC Cancer. 20: 1-13.
Huang, X; Bai, HM; Chen, L; Li, B and Lu, YC (2010). Reduced expression of LC3B-II and beclin 1 in glioblastoma multiforme indicates a down-regulated autophagic capacity that relates to the progression of astrocytic tumors. J. Clin. Neurosci., 17: 1515-1519.
Iacobucci, I and Mullighan, CG (2017). Genetic basis of acute lymphoblastic leukemia. J. Clin. Oncol., 35: 975-983.
Jia, B; Xue, Y; Yan, X; Li, J; Wu, Y; Guo, R; Zhang, J; Zhang, L; Li, Y and Liu, Y (2018). Autophagy inhibitor chloroquine induces apoptosis of cholangiocarcinoma cells via endoplasmic reticulum stress. Oncol. Lett., 16: 3509-3516.
Lee, JJ; Liao, AT and Wang, SL (2021). L-Asparaginase, doxorubicin, vincristine, and prednisolone (LHOP) chemotherapy as a first-line treatment for dogs with multicentric lymphoma. Animals. 11: 2199.
Lin, XT; Zheng, XB; Fan, DJ; Yao, QQ; Hu, JC; Lian, L; Wu, XJ; Lan, P and He, XS (2018). MicroRNA-143 targets ATG2B to inhibit autophagy and increase inflammatory responses in Crohn’s disease. Inflamm. Bowel Dis., 24: 781-791.
Livak, KJ and Schmittgen, TD (2001). Analysis of relative gene expression data using real-time quantitative PCR and the 2-ΔΔCT method. Methods. 25: 402-408.
Mauthe, M; Orhon, I; Rocchi, C; Zhou, X; Luhr, M; Hijlkema, KJ; Coppes, RP; Engedal, N; Mari, M and Reggiori, F (2018). Chloroquine inhibits autophagic flux by decreasing autophagosome-lysosome fusion. Autophagy. 14: 1435-1455.
Métayer, LE; Brown, RD; Carlebur, S; Burke, GA and Brown, GC (2019). Mechanisms of cell death induced by arginase and asparaginase in precursor B-cell lymphoblasts. Apoptosis. 24: 145-156.
Mohan Kumar, N; Kishore, V and Manonmani, H (2014). Chemical modification of L-asparaginase from Cladosporium sp. for improved activity and thermal stability. Prep. Biochem. Biotechnol., 44: 433-450.
Noda, NN and Inagaki, F (2015). Mechanisms of autophagy. Annu. Rev. Biophys., 44: 101-122.
Parmentier, JH; Maggi, M; Tarasco, E; Scotti, C; Avramis, VI and Mittelman, SD (2015). Glutaminase activity determines cytotoxicity of L-asparaginases on most leukemia cell lines. Leuk. Res., 39: 757-762.
Parzych, KR and Klionsky, DJ (2014). An overview of autophagy: morphology, mechanism, and regulation. ARS., 20: 460-473.
Piatkowska-Jakubas, B; Krawczyk-Kuliś, M; Giebel, S; Adamczyk-Cioch, M; Czyz, A; Lech, ME; Paluszewska, M; Pałynyczko, G; Piszcz, J and Hołowiecki, J (2008). Use of L-asparaginase in acute lymphoblastic leukemia: recommendations of the polish adult leukemia group. Pol. Arch. Med. Wewn., 118: 664-669.
Ravikumar, B; Sarkar, S; Davies, JE; Futter, M; Garcia-Arencibia, M; Green-Thompson, ZW; Jimenez-Sanchez, M; Korolchuk, VI; Lichtenberg, M and Luo, S (2010). Regulation of mammalian autophagy in physiology and pathophysiology. Physiol. Rev., 90: 1383-1435.
Rizzari, C; Citterio, M; Zucchetti, M; Conter, V; Chiesa, R; Colombini, A; Malguzzi, S; Silvestri, D and D'Incalci, M (2006). A pharmacological study on pegylated asparaginase used in front-line treatment of children with acute lymphoblastic leukemia. Haematologica. 91: 24-31.
Sever, ON and Demir, OG (2017). Autophagy: Cell death or survive mechanism. J. Oncol. Sci., 3: 37-44.
Shafique, S and Tehsin, S (2018). Acute lymphoblastic leukemia detection and classification of its subtypes using pretrained deep convolutional neural networks. Technol. Cancer Res. Treat., 17: 1533033818802789.
Soares, AL; Guimaraes, GM; Polakiewicz, B; De Moraes Pitombo, RN and Abrahão-Neto, J (2002). Effects of polyethylene glycol attachment on physicochemical and biological stability of E. coli L-asparaginase. Int. J. Pharm., 237: 163-170.
Song, P; Ye, L; Fan, J; Li, Y; Zeng, X; Wang, Z; Wang, S; Zhang, G; Yang, P and Cao, Z (2015). Asparaginase induces apoptosis and cytoprotective autophagy in chronic myeloid leukemia cells. Oncotarget. 6: 3861-3873.
Suter, SE; Small, GW; Seiser, EL; Thomas, R; Breen, M and Richards, KL (2011). FLT3 mutations in canine acute lymphocytic leukemia. BMC Cancer. 11: 1-8.
Tabandeh, MR and Aminlari, M (2009). Synthesis, physicochemical and immunological properties of oxidized inulin–l-asparaginase bioconjugate. J. Biotechnol., 141: 189-195.
Tandel, P; Ranjbaran, R; Ebrahimi, E; Rezvani, A; Ramzi, M and Tamaddon, G (2022). Decreased expression of autophagy-related genes in the complete remission phase of acute myeloid leukemia. Mol. Genet. Genomic Med., 10: 1872-1881.
Tufekci, E; Ekinci, G and Keleş, I (2022). Leukemia in dogs. Bozok Vet. Sci., 3: 20-27.
Ullmannova, V and Haskovec, C (2003). The use of housekeeping genes (HKG) as an internal control for the detection of gene expression by quantitative real-time RT-PCR. Folia Biol., 49: 211-216.
Velikkakath, AKG; Nishimura, T; Oita, E; Ishihara, N and Mizushima, N (2012). Mammalian Atg2 proteins are essential for autophagosome formation and important for regulation of size and distribution of lipid droplets. Mol. Biol. Cell., 23: 896-909.
Wang, N; Ji, W; Wang, L; Wu, W; Zhang, W; Wu, Q; Du, W; Bai, H; Peng, B and Ma, B (2022). Overview of the structure, side effects, and activity assays of l-asparaginase as a therapy drug of acute lymphoblastic leukemia. RSC Med. Chem., 13: 117-128.
Wang, R and Wang, G (2019). Protein modification and autophagy activation. Adv. Exp. Med. Biol., 1206: 237-259. doi: 10.1007/978-981-15-0602-4_12.
Wirawan, E; Berghe, TV; Lippens, S; Agostinis, P and Vandenabeele, P (2012). Autophagy: for better or for worse. Cell Res., 22: 43-61.
Yang, Y and Klionsky, DJ (2020). Autophagy and disease: Unanswered questions. Cell Death Differ., 27: 858-871.
Yorimitsu, T and Klionsky, DJ (2005). Autophagy: molecular machinery for self-eating. Cell Death Differ., 12: 1542-1552.
Yu, L; Chen, Y and Tooze, SA (2018). Autophagy pathway: cellular and molecular mechanisms. Autophagy. 14: 207-215.
Zaffagnini, G and Martens, S (2016). Mechanisms of
selective autophagy. JMB., 428: 1714-1724.
Zhang, JF; Shi, LY and Wei, DZ (2004). Chemical modification of L-asparaginase from Escherichia coli with a modified polyethyleneglycol under substrate protection conditions. Biotechnol. Lett., 26: 753-756.
Zhou, R; Liang, T; Li, T; Huang, J and Chen, C (2023). Possible mechanism of metabolic and drug resistance with L-asparaginase therapy in childhood leukaemia. Front. Oncol., 13: 1070069.