PLoS ONE: carnosina inibisce la proliferazione delle cellule del cancro gastrico umano SGC-7901 attraverso Entrambi i mitocondriale respirazione e glicolisi Pathways

Estratto

La carnosina, un dipeptide naturale, è stato recentemente dimostrato di possedere anti-tumorale attività. Tuttavia, il suo meccanismo sottostante non è chiaro. In questo studio, abbiamo studiato l'effetto e il meccanismo di carnosina sulla vitalità cellulare e la proliferazione del cancro gastrico colta umano cellule SGC-7901. trattamento carnosina non ha indotto apoptosi delle cellule o necrosi, ma ha ridotto la capacità proliferativa delle cellule SGC-7901. analisi ha mostrato Seahorse SGC-7901 cellule in coltura con piruvato hanno mitocondri attiva, e dipendono dalla fosforilazione ossidativa mitocondriale più di percorso glicolisi per la produzione di ATP. Carnosina notevolmente diminuito il valore assoluto di mitocondriale respirazione ATP-linked, e riduce il consumo massimo di ossigeno e capacità respiratoria ricambio, che può ridurre la funzione mitocondriale correlata con potenziale proliferativo. Allo stesso tempo, carnosina anche ridotto il tasso di acidificazione extracellulare e glicolisi delle cellule SGC-7901. I nostri risultati suggeriscono che la carnosina è un potenziale regolatore del metabolismo energetico delle cellule SGC-7901 sia nel anaerobica e percorsi aerobici, e ha fornito un indizio per la valutazione preclinica e clinica di carnosina per la terapia del cancro gastrico

Visto:. Shen Y, J Yang, Li J, Shi X, Ouyang L, Tian Y, et al. (2014) La carnosina inibisce la proliferazione delle cellule del cancro gastrico umano SGC-7901 attraverso Entrambi i mitocondriale respirazione e glicolisi percorsi. PLoS ONE 9 (8): e104632. doi: 10.1371 /journal.pone.0104632

Editor: Salvatore V. Pizzo, Duke University Medical Center, Stati Uniti d'America

Ricevuto: 14 Febbraio 2014; Accettato: 15 luglio 2014; Pubblicato: 12 agosto 2014

Copyright: © 2014 Shen et al. Questo è un articolo ad accesso libero distribuito sotto i termini della Creative Commons Attribution License, che permette l'uso senza restrizioni, la distribuzione e la riproduzione con qualsiasi mezzo, a condizione che l'autore originale e la fonte sono accreditati

Finanziamento:. Questo progetto è stata sostenuta dalla National Science Foundation naturale della Cina (81102427), e in parte sostenuto da fondazioni Zhejiang Provinciale ricerca scientifica (Y2110322), il Programma per Zhejiang team leader di S & T Innovation (2010R50048) e città di Wenzhou Progetto scientifico e tecnologico (2010S0094 ). I finanziatori avevano alcun ruolo nel disegno dello studio, la raccolta e l'analisi dei dati, la decisione di pubblicare, o preparazione del manoscritto

Competere interessi:.. Gli autori hanno dichiarato che non esistono interessi in competizione

Introduzione

cancro gastrico è una delle neoplasie più comuni nel mondo. Nei paesi economicamente in via di sviluppo, il cancro gastrico è la seconda causa di morte per cancro [1], [2]. Nonostante il miglioramento della terapia chirurgica e multimodale, il tasso complessivo di sopravvivenza a 5 anni è ancora bassa (15% al ​​35%) a causa degli alti tassi di recidiva, invasione e metastasi [3]. Pertanto, nel presente, per scoprire farmaci antitumorali più efficaci con minori effetti collaterali è necessario.

L-carnosina (β-alanil-L-istidina) è un dipeptide naturale che è sintetizzato da carnosina endogena sintetasi. E 'ampiamente distribuito in cervello dei mammiferi, muscolo scheletrico, stomaco, reni, cuore e pelle [4], [5]. Finora, non si sa molto circa la sua funzione fisiologica, ma diversi ruoli putativi sono stati considerati, come neurotrasmettitore, agente anti-infiammatorio, scavenger di radicali liberi, tampone pH organico mobile e chelante metallo [6], [7]. E 'stato riportato che la carnosina è un potenziale agente terapeutico per il trattamento del morbo di Alzheimer, ictus, diabete e altre malattie degli organi sensori [8], [9]. Proprio di recente, è stato dimostrato che la carnosina può anche avere un effetto anti-cancerogeni. Ad esempio, carnosina è stato segnalato per possedere la capacità di inibire la crescita gliomi maligni [10], e questo effetto può essere mediata da un'influenza sul metabolismo energetico glicolitico, la migliore fenotipo metabolico caratterizzato osservato in cellule tumorali, noto come effetto Warburg [11 ], [12].

di recente, l'importanza dei mitocondri come sensori di ossigeno, nonché i produttori di ATP è diventato un punto focale della ricerca sul cancro, e gli studi hanno mostrato un fenomeno importante che il metabolismo mitocondriale, in particolare l'acido citrico attività ciclo è importante per la rapida proliferazione di diversi tipi di cellule di cancro [13], [14]. Tuttavia, nel caso di cellule di cancro gastrico umano, poche informazioni sono disponibili fino a che punto glicolisi e mitocondriale fosforilazione ossidativa (OXPHOS) contribuiscono alla produzione di energia cellulare e rapida proliferazione. Sia carnosina può anche inibire la crescita di cellule di cancro gastrico umano rimane sconosciuto. E se l'effetto inibitorio della carnosina sulla crescita delle cellule tumorali è anche legato alla sua azione sulla respirazione mitocondriale e OXPHOS rimane poco chiaro.

Di recente, la Seahorse Bioscience XF96 extracellulare Flux Analyzer è stato utilizzato per contemporaneamente e continuamente monitorare sia la componenti aerobiche e glycolytic di bioenergetica cellulari [15]. Pertanto, nel presente studio, abbiamo esplorato gli effetti della carnosina sulla crescita delle cellule di cancro gastrico umano e di caratterizzare ulteriormente il profilo bioenergetico di colta gastrico delle cellule tumorali SGC-7901 umana e il ruolo di carnosina in SGC-7901 il metabolismo delle cellule di energia con la Seahorse Bioscience XF96 extracellulare Flux Analyzer e altre tecnologie correlate.

Materiali e Metodi

Reagenti

L-carnosina, piruvato di sodio, rotenone, carbonile cianuro p-trifluoromethoxyphenyl-idrazone (FCCP), antimicina A, 3- [4,5-dimethylthiazol-2-il] -2,5-diphenyltetra-zolium bromuro (MTT), metanolo, l'acido lattico provenivano da Sigma (St. Louis, MO, USA). Penicillina, streptomicina, L-glutammina, tripsina, medio Dulbecco modificato Eagle (DMEM), siero fetale bovino sono stati da GIBCO-BRL (Grand Island, NY, USA). Annessina V-FITC /PI kit di rilevamento apoptosi, BCA Kit Proteine ​​Assay e ATP Assay Kit sono stati acquistati da Beyotime Institute of Biotechnology ((Nanjing, Cina). XF terreno di coltura e la soluzione calibrante XF sono stati acquistati da Seahorse Bioscience.

Colture cellulari

gastrica linea di cellule di cancro SGC-7901 umano (SGC-7901), fegato umano linea di cellule di carcinoma epatocellulare (HepG2) e la linea di cellule di glioma di ratto C6 (C6) sono stati acquistati dalla banca di cellule Shanghai Institute, Accademia Cinese delle Scienze (la fonte originale è American Type Culture Collection, ATCC, Manassas, VA, USA). le cellule sono state coltivate in terreno DMEM supplementato con siero 10% fetale bovino (FBS), 100 U /ml di penicillina G, e 100 mcg /ml di streptomicina, e mantenuta a 37 ° C e 5% CO _{2 in un incubatore umidificato. Le cellule sono state tripsinizzate con un rapporto di 01:03 dopo confluenza con 0,25% tripsina. cellule subcoltura state seminate su 96-, 24- o 6-pozzetti a densità di 2 × 10 ^{3, 5 × 10 4, 2 × 10 5 o 1 × 10 6 cellule /pozzetto, rispettivamente.}}

riduzione MTT test

Cell attività metabolica è stata monitorata mediante il saggio MTT colorimetrico, come descritto in precedenza [16]. Brevemente, le cellule sono state coltivate in piastre da 96 pozzetti e c'erano 6 pozzetti in ciascun gruppo. Al termine degli esperimenti, le cellule sono state incubate con 0,5 mg /ml MTT per 4 ore a 37 ° C. Poi, il surnatante è stato rimosso, e 100 ml di dimetilsolfossido è stato aggiunto in ciascun pozzetto. metabolismo MTT è stato quantificato spettrofotometricamente a 570 nm in un lettore di micropiastre Biorad. I risultati sono stati espressi come percentuale di riduzione MTT, prendendo l'assorbanza di cellule di controllo al 100%.

Colony saggio formazione

Le cellule sono state piastrate in piastre da sei pozzetti ad una densità di 100-200 cellule per pozzetto, e poi sono stati trattati con carnosina (20 mM). I cloni sono stati lasciate crescere per 14 giorni in mezzo di coltura DMEM supplementato con 10% FBS, 100 U /ml di penicillina G e 100 ug /ml di streptomicina. Le cellule sono state successivamente fissate con etanolo al 70% e colorati con Coomassie Brilliant Blue per l'analisi della formazione di colonie come descritto in precedenza [17].

citometria a flusso del test di morte cellulare

La morte cellulare è stata quantificata Annessina V-FITC-PI (ioduro di propidio) doppia colorazione, utilizzando un kit di rilevamento apoptosi annessina V-FITC secondo il suggerimento del produttore. Brevemente, le cellule sono state seminate in piastre da 6 pozzetti in terreno DMEM. Le cellule sono state trattate con 20 mM carnosina per 48 ore, e quindi sono stati raccolti e lavati due volte in PBS freddo, risospese in tampone di legame ad una densità di 1 x 10 ^{6 cellule /ml. Le cellule sono state incubate contemporaneamente con fluoresceina Annessina V e PI per 20 min e analizzate mediante citometria di flusso. Annessina V-FITC generato segnali sono stati rilevati con un rilevatore di segnale FITC (FL1, 525 nm). segnali PI sono stati monitorati utilizzando un rivelatore riservato per l'emissione ficoeritrina (FL2, 575 nm). I dati sono stati analizzati utilizzando il software Cell Quest da BD.}

extracellulare Flux Tecnologia

Per misurare il tasso di consumo di ossigeno (OCR) e tasso di acidificazione extracellulare (ECAR) delle cellule in condizioni diverse, un cavalluccio marino XF96 extracellulare Flux Analyzer (Seahorse Bioscience, Billerica, MA, USA) è stato utilizzato. Questo strumento consente la misura sensibile della glicolisi e più parametri della funzione mitocondriale, tra basale OCR, capacità respiratoria ricambio, massima OCR, ATP-linked respirazione e protoni perdita da cellule coltivate intatte aderenti. Dopo misurazioni di base, OCR e ECAR sono stati misurati dopo sequenza aggiungendo in ogni pozzetto 20 l di oligomicina, FCCP e rotenone, per raggiungere concentrazioni di lavoro di 1 mg /ml, 1 micron e 1 micron, rispettivamente. Tutti i saggi sono stati condotti utilizzando una densità di semina di 10.000 cellule /pozzetto in 200 ml di DMEM in una coltura cellulare micropiastra XF96 (Seahorse Bioscience). Le cellule sono passati ad DMEM senza buffer supplementato con piruvato di sodio 2 mM e 20 mM carnosina 1 h prima dell'inizio del test e mantenuta a 37 ° C. OCR è riportato nell'unità di picomoli per minuto e ECAR è riportato in unità milli-pH (MPH) al minuto.

Determinazione di ATP Produzione

Il test ATP è stata eseguita secondo il produttore del istruzioni. Brevemente, cellule coltivate raccolte sono state lisate con un tampone di lisi, seguita da centrifugazione a 10.000 xg per 2 minuti, a 4 ° C. Infine, in piastre da 6 pozzetti, il livello di ATP è stato determinato miscelando 20 ml di surnatante con 100 ml di reagente luciferasi, che catalizza la produzione di luce da ATP e luciferina. Luminanza è stata misurata con un lettore di micropiastre monocromatore. Curva standard è stato anche generato e la concentrazione di proteine ​​di ciascun gruppo è stato determinato utilizzando il kit di analisi delle proteine ​​BCA. Totale i livelli di ATP sono stati espressi come nmol /mg di proteina.
Analisi

HPLC di extracellulare acido lattico

La concentrazione di acido lattico nel surnatante acellulare è stata misurata mediante cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC ) combinato con un rivelatore ultravioletto usando la tecnica descritta in precedenza. In breve, i analysates preparati sono stati separati su ECOSIL C-18 invertito colonna (3 micron, a 250 mm x 4,6 millimetri) con solvente A e solvente B [0,1 mol /l NH _{4H 2PO 4 ( pH 3.4) diluito v /v in metanolo 97:3] con una portata di 0,5 ml /min. La temperatura della colonna è stata mantenuta a 25 ° C, e la lunghezza d'onda di rilevamento UV è stata fissata a 210 nm.}

potenziale di membrana mitocondriale valutazione

I cambiamenti nella membrana mitocondriale relativa potenziali (Δ Ψ
m) sono stati valutati utilizzando la sonda cationico lipofila JC-1 5,5 ', 6,6'-tetracloro-1,1', 3,3'-tetraetile BENZAMMIDICI azolocarbocyanine ioduro (JC-1; Molecular Probes). Il colorante JC-1 subisce un cambiamento reversibile emissione di fluorescenza da verde ad arancione verdastro come Δ Ψ
m aumenta. Le cellule con elevata Δ forma Ψ
m JC-1 aggregati e fluorescenza rossa; quelli con bassa Δ Ψ
m contengono monomerico JC-1 e fluorescenza verde. Dopo il trattamento con carnosina per 48 h, il mezzo di coltura è stato rimosso e le cellule, coltivate su vetrini, sono stati incubati al buio con JC-1 ad una concentrazione finale di 2 mM per 20 min. Le cellule sono state lavate con PBS due volte ed eccitato a 488 nm con un microscopio a fluorescenza Olympus BX-51.

MtDNA copia misurazione numero

Absolute mtDNA copia numero è stata misurata confrontando l'amplificazione PCR di un mitocondri amplicone [, NADH-ubichinone ossidoriduttasi catena umana 4 (ND4)] con un amplicone nucleari (umano, β-actina) dal DNA isolato utilizzando un kit Qiagen DNA mini. sequenze primer sono le seguenti: umana β-actina (forward: 5'-ACCCACACTGTGCC CATCTAC-3 '; inverso: 5'-TCGGTGAGGATCTTCATGAGGTA-3'); ND4 umano (forward: 5'-TCCTCCTATCCCTCAACCCC-3 '; inverso: 5'-CACAATCTGATGTTTT GGTTAAAC-3'). modelli di DNA sono state fatte delle regioni che coprono ogni amplicone mediante PCR. Diluizioni da 1 × 10 ^{8 fino a 1 × 10 2 copie del DNA isolato sono stati usati per generare una curva standard per la quantificazione. Le condizioni di ciclo PCR consistevano in una fase di attivazione a 95 ° C per 30 sec, seguiti da 40 cicli per 5 sec a 95 ° C e 30 secondi a 58 ° C. Tutti PCR sono state eseguite su un CFX manager Real-Time PCR Bio-Rad (Biosciences Applicate).}

Analisi statistica

Tutti i dati rappresentano tre o più indipendenti esperimenti. I dati sono stati espressi come media ± SD. Le analisi statistiche sono state condotte da SPSS 11.5 per Windows. One-way ANOVA (analisi della varianza), seguita da LSD (differenza meno significativa) o T3 di Dunnett post-hoc
test (dove varianze uguali non sono stati assunti) è stato applicato per confronti multipli, mentre test t era utilizzato per il confronto di due gruppi. P
< 0.05 è stato considerato statisticamente significativo

Risultati

Effetto della carnosina sulla SGC-7901 cellule vitalità

Per determinare l'effetto di carnosina su. umano gastrica cellule del cancro SGC-7901 viabilità, è stato utilizzato saggio di riduzione MTT. I risultati hanno mostrato che il trattamento carnosina ridotto significativamente la vitalità cellulare in modo tempo e concentrazione-dipendente. Carnosina a concentrazioni di 5 e 20 mM marcatamente ridotta vitalità cellulare al 84,0% e 57,9% di controllo a 24 h, ed a 73,5% e 45,9% di controllo a 48 h, rispettivamente (Fig. 1A). Tuttavia, carnosina ad una concentrazione di 1 mm non ha influenzato SGC-7901 cellule sopravvivenza a 24 o 48 ore. Abbiamo usato ulteriormente citometria a flusso per saggiare se carnosina potrebbe causare necrosi delle cellule SGC-7901 o apoptosi. Sorprendentemente, i risultati hanno mostrato che il trattamento carnosina per 48 h non ha indotto la morte cellulare apoptotica o necrotica in SGC-7901 cellule (Fig. 1B). Poiché la riduzione MTT è anche interpretata come predittivo dell'attività metabolica cellulare, e il valore MTT di una popolazione di cellule è determinata sia il numero di cellule vitali presenti e il loro metabolismo relativi, quindi abbiamo accanto per calcolare il numero di cellule in un esperimento parallelo con trattate in modo identico SGC-7901 cellule utilizzando piastra conteggio delle cellule. Abbiamo scoperto che il numero di cellule in carnosina trattati per 48 Gruppo H era simile a quello del gruppo di controllo (Fig. 1C), indicando così che la vitalità cellulare ridotta indotta da trattamenti carnosina per 48 ore nelle cellule SGC-7901 è stato a causa di cambiamenti metabolici ma non a causa di morte cellulare o la proliferazione cellulare.

per verificare se esistono anche queste azioni di carnosina in altre cellule tumorali, HepG2 e le cellule C6 sono stati utilizzati. I risultati hanno mostrato che 20 mM trattamento carnosina per 48 h non ha indotto la morte cellulare (Tabella. S1) o la proliferazione, ma marcatamente ridotta attività riducendo MTT sia in cellule HepG2 e C6 (Fig. S1).

trattamento choronic con carnosina inibito SGC-7901 cellule colonie formazione

per esaminare se l'esposizione choronic di carnosina potrebbe influenzare la capacità proliferativa delle cellule SGC-7901, le cellule sono state seminate a bassa densità (100-200 cellule /pozzetto) e ha permesso di formare colonie per 14 giorni in DMEM supplementato con 20 mM carnosina. Come mostrato in Fig. 2, l'esposizione choronic alla formazione di colonie carnosina ridotto al 39,9% del controllo.

caratterizzazione bioenergetica delle cellule SGC-7901 coltivate

Abbiamo studiato la OCR e ECAR nelle cellule SGC-7901 in coltura con un Seahorse XF-96 extracellulare analizzatore di flusso, come descritto in precedenza [18]. OCR cellulare basale e ECAR sono risultati essere 161,02 ± 29.58 pmol /min per 10 × 10 ^{3 celle (conta delle cellule iniziali), e 39.31 ± 4.29 mph /min per 10 × 10 3 celle, rispettivamente (Fig. 3A). La respirazione ATP-linked (il tasso basale totale meno il tasso con oligomicina, dove oligomicina è un inibitore della sintesi di ATP) era 96.15 ± 18.34 pmol /min per 10 × 10 3 celle, indicando che ~60% di ossigeno cellulare il consumo era legato alla sintesi di ATP. Contemporaneamente ECAR stata aumentata a ~250% dei tassi di base in presenza di dosi massimamente efficace di oligomicina (1 ug /ml), indicando che le cellule spostate respirazione mitocondriale di glicolisi. Rotenone (1 micron) ha ridotto OCR a 55.78 ± 8.86 pmol /min per 10 × 10 3 celle (~35% delle tariffe di base). Il tasso di rotenone resistente riflette il tasso di respirazione non mitocondriale, che include l'ossidazione del substrato e il consumo di ossigeno superficie cellulare [19]. Così, la respirazione mitocondriale non rappresentato il ~35%, mentre la respirazione mitocondriale rappresentato il ~65% del totale respirazione cellulare. Così, nelle cellule SGC-7901 coltivate ~92% (60% /65%) della respirazione mitocondriale è stata accoppiata alla sintesi di ATP, e ~8% della respirazione mitocondriale è stato rappresentato da protoni perdite (Fig. 3B). In presenza di dose massima efficace di FCCP (1 pM, un agente disaccoppiamento che permette il trasporto massimo di elettroni,), un concomitante incremento OCR è stato osservato, ed è stato aumentato a 204 ± 30.24 pmol /min per 10 × 10 3 celle.}

Abbiamo anche valutato il contributo relativo della glicolisi e OXPHOS del tasso di produzione di ATP nelle cellule SGC-7901. quantificazioni assoluti sia del tasso di glicolisi e il tasso di consumo di ossigeno oligomicina sensibili sono stati misurati nelle cellule SGC-7901. Il tasso di acidificazione extracellulare è dovuto principalmente alla produzione di lattato e il bicarbonato e, quando calibrato come il tasso di produzione di protoni, indica glicolisi [15]. Così, abbiamo usato oxamate inibire lattato deidrogenasi, che converte il piruvato in lattato durante l'ultima fase della glicolisi, per calcolare il tasso di produzione di protoni (Fig. 3C). Esiste una relazione uno a uno tra il tasso di produzione di lattato e il tasso di produzione di ATP da glicolisi. Il consumo di ossigeno oligomicina sensibile è stato convertito in tasso di produzione di ATP utilizzando un rapporto P /O di 2,3 [20]. I risultati hanno mostrato che le cellule SGC-7901 coltivate in DMEM (alto glucosio) integrati con piruvato 2 mm in almeno il 93% del loro ATP utilizzando OXPHOS (Fig. 3D).

La carnosina ha cambiato la caratterizzazione bioenergetico di SGC- 7901 cellule

Abbiamo studiato gli effetti della carnosina sul tasso di consumo di ossigeno e tasso di acidificazione extracellulare in colture di cellule SGC-7901. I risultati in Fig. 4 ha mostrato che il trattamento con 20 mm carnosina per 48 ore ha ridotto il basale OCR e ECAR a 141,13 ± 27,06 pmol /min per 10 × 10 ^{3 celle (~87% del controllo), e 11,32 ± 2,49 mph /min per 10 × 10 3 celle (~27% del controllo), rispettivamente (Fig. 4A, B). La respirazione ATP-linked, perdita di protoni, e la frequenza respiratoria non mitocondriale erano 81.03 ± 17.97, 7.15 ± 3.6 e 52.96 ± 8.40 pmol /min per 10 × 10 3 celle, rispettivamente (Fig. 4C, D, E ). Così, nel carnosina trattati cellule SGC-7901, la respirazione mitocondriale rappresentato il ~62% della respirazione cellulare totale e ~92% (57% /62%) della respirazione mitocondriale è stato accoppiato alla sintesi di ATP, e ~8% della respirazione mitocondriale era valutate con protoni perdita. Pertanto, il trattamento carnosina diminuisce il valore assoluto della respirazione ATP-linked, ma non ha influenzato il tasso di contributo relativo della respirazione ATP-linked, perdita di protoni, e la respirazione mitocondriale non per la respirazione cellulare totale. Inoltre, abbiamo anche trovato che il trattamento carnosina marcatamente ridotto la capacità respiratoria massima OCR e di scorta a 161.60 ± 28.46 pmol /min per 10 × 10 3 celle (~79% del controllo) e 20.47 ± 6.92 pmol /min per 10 × 10 3 celle (~47% del controllo) (Fig. 4F, G).}

cellule HepG2 e C6 sono stati utilizzati anche per verificare ulteriormente gli effetti della carnosina sul metabolismo del cancro le cellule di energia. I risultati hanno mostrato che 20 mM trattamento carnosina per 48 h marcatamente ridotto l'OCR basale e ECAR delle cellule HepG2 e C6, rispettivamente. Inoltre carnosina anche ridotto respirazione ATP-linked in cellule C6, ma non in cellule HepG2 (Fig. S2). Tuttavia, 20 mM carnosina marcatamente ridotto il contenuto di ATP cellulare sia in cellule HepG2 e C6, indicando che l'inibizione glicolisi è impegnato in un'azione carnosina, almeno in cellule HepG2 (Fig. S2J).

carnosina diminuisce lattici extracellulare livello colta SGC-7901 cellule

a causa carnosina è un buffer pH organico cellulare, il tasso di acidificazione extracellulare analizzati nel presente della carnosina utilizzando la Seahorse XF96 extracellulare Flux Analyzer non può riflettere il tasso di glicolisi reale. Così abbiamo usato anche HPLC per saggiare il livello di acido lattico extracellulare per verificare l'effetto della carnosina sulla glicolisi nelle cellule SGC-7901. I nostri risultati hanno dimostrato che il trattamento con carnosina marcatamente ridotto il livello extracellulare di acido lattico al 84% del controllo (Fig. 5), che indica che la carnosina ha un potenziale effetto inibitorio sulla glicolisi in colture di cellule SGC-7901.

carnosina ha cambiato il contributo relativo della glicolisi e OXPHOS di carica ATP nelle cellule SGC-7901 coltivate in DMEM mancanza di piruvato

Si caratterizza anche l'effetto di carnosina sui cambiamenti del contenuto di ATP e il contributo relativo della glicolisi e OXPHOS di carica ATP nelle cellule SGC-7901 coltivate in DMEM mancanza di piruvato. Abbiamo misurato la concentrazione cellulare di ATP nelle cellule esposte per 45 min a sei condizioni: veicolo, l'inibitore della glicolisi 2-DG, FCCP, rotenone, FCCP più rotenone, e 2-DG più FCCP più rotenone. Abbiamo scoperto che il trattamento carnosina per 48 ore significativamente ridotto contenuto di ATP al 62% del controllo. trattamento 2-DG marcatamente ridotto contenuto di ATP del 48% e del 34% nei gruppi assenti e carnosina presenti carnosina se confrontato con i propri gruppi di veicoli, rispettivamente. FCCP e FCCP più rotenone ciascuno ha anche significativamente ridotto contenuto di ATP del 15% e del 18% nel gruppo di carnosina assente. Tuttavia, questi farmaci non ha influenzato il contenuto di ATP in carnosina presente gruppo. Rotenone non ha influenzato il contenuto di ATP, sia in gruppi assenti o presenti carnosina. 2-DG in combinazione con FCCP e rotenone essenzialmente eliminato produzione di ATP sia in questi due gruppi (Fig. 6). Così 2-DG diminuito ATP caricare FCCP o rotenone ha fatte nel carnosina gruppi assenti e presenti. Questi dati indicano che sposta la produzione di ATP da OXPHOS a glicolisi quando la funzione mitocondriale è compromessa. carica ATP non è completamente mantenuta dopo l'inibizione di una glicolisi o della funzione mitocondriale in carnosina gruppo assente, mentre carica ATP viene mantenuto dopo l'inibizione della funzione mitocondriale in carnosina presente gruppo. Quindi, il trattamento carnosina alterato il contributo relativo di OXPHOS e glicolisi del tasso di produzione di ATP nelle cellule SGC-7901.

Effetto della piruvato sull'azione inibitrice della carnosina sulle cellule SGC-7901 funzione mitocondriale

per studiare se aumentando il livello di piruvato può invertire l'effetto inibitorio della carnosina sulla respirazione mitocondriale di cellule SGC-7901, le cellule sono state esposte a diverse concentrazioni di piruvato. Come mostrato nella Tabella. 1, aumentando il livello di piruvato non può invertire l'effetto inibitorio della carnosina su cellule SGC-7901 respirazione mitocondriale. Inoltre, il saggio MTT anche mostrato che l'aumento del livello di piruvato non può ribaltare l'azione carnosina sulle cellule SGC-7901 metabolismo mitocondriale (Fig. 7).

Effetti di carnosina sul contenuto di DNA mitocondriale e potenziale di membrana mitocondriale in SGC-7901 cellule

potenziale di membrana mitocondriale (Δ Ψ
m) rappresenta per la maggior parte della forza proton-motive utilizzato per la guida la sintesi di ATP e quindi ha un ruolo significativo nella massima ATP capacità -generating [21]. Pertanto, abbiamo usato anche la sonda cationico lipofila JC-1 per esplorare se carnosina sopprime OXPHOS attraverso la soppressione del potenziale di membrana mitocondriale (Δ Ψ
m). I risultati hanno mostrato che il trattamento carnosina per 48 ore non poteva indurre un cambiamento evidente di Δ Ψ
m in coltura cellule SGC-7901 (Fig. 8A).

Per affrontare l'apparentemente diminuito respirazione mitocondriale indotta da carnosina, abbiamo anche quantificato il numero assoluto DNA mitocondriale (mtDNA), che è strettamente regolata per mantenere il fabbisogno energetico cellulari [22]. Con nostra sorpresa, i risultati hanno rivelato che rispetto alle cellule di controllo, i mtDNA assoluti copiare i numeri di 7901 cellule di carnosina-trattati sono stati notevolmente aumentati, e le mtDNA assoluti medi copiare i numeri erano 141.49 ± 7.42 nelle cellule di controllo e 360.0 ± 59.84 nella carnosina cellule -treated (Fig. 8b).

Discussione

a nostra conoscenza, questo è il primo rapporto del profilo bioenergetica delle cellule SGC-7901 in coltura trattati con e senza carnosina. I nostri risultati principali sono i seguenti. In primo luogo, la carnosina ha ridotto la capacità proliferativa delle cellule SGC-7901. In secondo luogo, le cellule coltivate in DMEM (alti livelli di glucosio) integrato con 2 mM piruvato fatti ~93% del loro ATP utilizzando OXPHOS. In terzo luogo, carnosina esercitato il suo effetto inibitore sulla SGC-7901 proliferazione delle cellule attraverso l'inibizione glicolisi, OXPHOS e la respirazione mitocondriale delle cellule, e queste azioni di carnosina sono stati trovati anche nelle cellule HepG2 e C6. Così, carnosina deve essere considerato insieme alla crescente armamento di composti in varie fasi di sviluppo del farmaco che colpiscono il metabolismo tumorale, una delle caratteristiche fondamentali del tumore [23].

Grazie al suo ampio spettro di attività, carnosina può essere considerded come fattore terapeutico nel trattamento di molte malattie. Ad esempio, zinco carnosina è stato usato per la salute gastrica e intestinale riparazione [24]. cellule Recentemente, studi hanno mostrato trasformate non crescevano in MEM contenente alte concentrazioni di carnosina, e carnosina potrebbe essere somministrato come farmaco in vivo per inibire la crescita di cellule maligne [25]. Tuttavia, doveva essere chiesto se carnosina può prevenire la crescita di cellule tumorali gastriche umane oltre le cellule maligne che sono stati segnalati in precedenza. Nel presente studio, abbiamo riscontrato che carnosina è anche in grado di inibire la crescita di cellule SGC-7901 coltivate in maniera tempo e correlato alla concentrazione, e questo effetto non è stato accompagnato da apoptosi o necrosi, ma può essere piuttosto causata da ridotta proliferazione. Tuttavia, i meccanismi dettagliati alla base l'effetto inibitorio della carnosina sulla SGC-7901 proliferazione delle cellule sono ancora poco chiari.

E 'ampiamente accettato che i cambiamenti metabolici sono uno dei tratti distintivi di cancro. Otto Warburg prima descritto il maggiore utilizzo del metabolismo anaerobico in presenza di ossigeno sufficiente da cellule tumorali rispetto alle loro controparti normali: definito il 'effetto Warburg' [26]. Tuttavia, recentemente, è stato sottolineato che il targeting molecolare di OXPHOS può avere efficacia per il melanoma avanzato che hanno livelli elevati di OXPHOS [14]. Così, diversi tipi di tumori nei loro vari stadi di sviluppo hanno le loro caratteristiche metaboliche. Pertanto, le strategie e meccanismi di diverso trattamento tumori basate su metabolismo energetico terapeutici sono diversi. Nel presente studio, in primo luogo abbiamo usato una nuova tecnologia di flusso extracellulare per valutare diversi parametri della funzione mitocondriale e tasso di acidificazione extracellulare in parallelo con la determinazione della concentrazione di ATP per esplorare la caratterizzazione bioenergetica delle cellule SGC-7901 di cancro gastrico umano. La nostra analisi Seahorse ha mostrato le cellule SGC-7901 hanno mitocondri attiva, e dipendono OXPHOS mitocondriali più che percorsi glicolisi per la produzione di ATP nella condizione di coltura con alte concentrazioni di glucosio e piruvato, suggerendo che la respirazione mitocondriale può essere un potenziale bersaglio terapeutico nel carcinoma gastrico umano.

Tuttavia, quando le cellule sono state coltivate in DMEM mancanza di piruvato, dipendono glicolisi di più coltivate in DMEM fornito con 2 mM piruvato, causa l'inibizione della glicolisi da 2-DG portando ad una caduta di ~48 % contenuto di ATP cellulare. Inoltre, questi dati indicano anche che le cellule SGC-7901 probabilmente non hanno la plasticità nel passaggio da glicolisi per la respirazione mitocondriale, quando la produzione di ATP glicolitico è abolita nella condizione cultura mancanza di sostanze energetiche. D'altra parte, Wu et al
. hanno riferito che vi è stato un sovraregolazione di compensazione efficace della glicolisi in seguito alla somministrazione di oligomicina per bloccare fosforilazione ossidativa, e questa risposta è stato in grado di mantenere il livello di ATP nelle non a piccole linee cellulari di carcinoma delle cellule umane H460 e A549 [15]. I nostri risultati hanno anche mostrato che le cellule SGC-7901 hanno la capacità di aumentare la glicolisi quando la funzione mitocondriale è bloccata da oligomicina. Inoltre, quando la funzione mitocondriale è stata soppressa da rotenone, un upregulation compensativo efficace della glicolisi è stata accurred, e questa risposta è stato in grado di mantenere il livello di ATP nelle cellule SGC-7901. Tuttavia, le cellule non potevano upregulate sufficiente capacità di sostenere glicolisi livello di ATP durante il distacco respirazione mitocondriale mediante sintesi di ATP indotta da FCCP, (Fig. 6). Pertanto, le cellule SGC-7901 in possesso della glicolisi sostanziale e la capacità respartion mitocondriale, e rende le cellule crescono in condizioni diverse.

Proprio di recente, è stato dimostrato che la carnosina proliferazione di glioma maligno ridotto di un influenza sulla glicolisi e ATP sintesi [27]. Nel nostro studio attuale, abbiamo anche trovato che il trattamento con carnosina è in grado di diminuire il tasso di acidificazione extracellulare e il livello di acido lattico, che indica che la carnosina ha un effetto inibitorio sulla glicolisi nelle cellule SGC-7901. Tuttavia, carnosina non ha completamente, ma parzialmente inibita capacità glicolisi delle cellule, causa l'inibizione farmacologica della respirazione mitocondriale rotenone, o sganciati gradiente protonico mitocondriale dalla produzione di ATP da FCCP, o trattate con rotenone e FCCP contemporaneamente, le cellule erano ancora in grado per upregulate glicolisi per compensare deplezione di ATP (Fig. 6). È interessante notare, abbiamo trovato che carnosina possiede anche un nuovo ruolo come regolatore di respirazione mitocondriale. Carnosina soppressa livelli basali di respirazione mitocondriale, e questo è dovuto principalmente alla respirazione ATP-linked diminuito, indicando che i mitocondriali diminuzioni uscita ATP nelle cellule SGC-7901 carnosina-trattata.

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