Highlight

สาร HA จากปลิงทะเลขาวสามารถยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากโดยผ่านกระบวนการ EMT ที่เกี่ยวข้องกับโปรตีน RUNX1 ผ่านวิถีสัญญาณ Akt/P38/JNK-MAPK

ที่มาและความสำคัญ

ปัจจุบันมีความพยายามในการรักษาโรคมะเร็งต่อมลูกหมากโดยเฉพาะในช่วงที่มะเร็งที่อยู่ในระยะแพร่กระจายที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการเปลี่ยนแปลงรูปร่างจากเซลล์ epithelial ไปเป็นเซลล์ mesenchymal หรือเรียกว่า epithelial–mesenchymal transition (EMT) ซึ่งเป็นระยะที่การรักษาจะทำได้ยาก สาร holothurin A (HA) เป็นสารประเภท triterpenoid saponin ที่สกัดได้จากปลิงทะเลขาว Holothuria scabra ซึ่งมีฤทธิ์ทางชีวภาพหลากหลาย แต่อย่างไรก็ตาม เรายังไม่ทราบกลไกของสาร HA ต่อกระบวนการ EMT ที่ทำให้เกิดการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมาก รวมทั้งหน้าที่ของ runt-related transcription factor 1 (RUNX1) ที่เป็น transcription factor เกี่ยวข้องกับ oncogene ในมะเร็งต่อมลูกหมาก ดังนั้นจุดมุ่งหมายของการศึกษานี้คือ ศึกษาการทำงานของ RUNX1 ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการ EMT ในการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็ง รวมทั้งศึกษาศักยภาพของสาร HA ต่อกระบวนการดังกล่าวข้างต้นในเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากที่มีแสดงออก RUNX1จากปัจจัยภายในและภายนอก ในการศึกษานี้พบว่าเซลล์มะเร็งที่ถูกเพิ่มการแสดงออกของ RUNX1 สามารถกระตุ้นให้เกิดการแสดงออกของกระบวนการ EMT มากขึ้นโดยพบการแสดงออกของ EMT markers ชนิดต่าง ๆ ส่งผลให้เกิดการเคลื่อนที่และการลุกลามของเซลล์มะเร็งมากขึ้นโดยผ่านกระบวนการ Akt/MAPK signaling pathways และเป็นที่น่าสนใจว่า สาร HA สามารถยับยั้งการแสดงออกของ RUNX1 ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์มะเร็งเองหรือจากการกระตุ้น ส่งผลให้ยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์มะเร็งโดยลดการแสดงออกของ MMP2 และ MMP9 ผ่านวิถีสัญญาณ Akt/P38/JNK-MAPK จากผลการทดลองนี้สรุปได้ว่า สาร HA จากปลิงทะเลขาวเป็นสารที่น่าสนใจและเป็นสารนึงที่น่าจะถูกนำมาพัฒนาในการรักษาโรคมะเร็งต่อมลูกหมากในระยะการแพร่กระจาย

Abstract

Due to the challenge of prostate cancer (PCa) management, there has been a surge in efforts to identify more safe and effective compounds that can modulate the epithelial–mesenchymal transition (EMT) for driving metastasis. Holothurin A (HA), a triterpenoid saponin isolated from Holothuria scabra, has now been characterized for its diverse biological activities. However, the mechanisms of HA in EMT-driven metastasis of human PCa cell lines has not yet been investigated. Moreover, runt-related transcription factor 1 (RUNX1) acts as an oncogene in prostate cancer, but little is known about its role in the EMT. Thus, the purpose of this study was to determine how RUNX1 influences EMT-mediated metastasis, as well as the potential effect of HA on EMT-mediated metastasis in endogenous and exogenous RUNX1 expressions of PCa cell lines. The results demonstrated that RUNX1 overexpression could promote the EMT phenotype with increased EMT markers, consequently driving metastatic migration and invasion in PC3 cell line through the activation of Akt/MAPK signaling pathways. Intriguingly, HA treatment could antagonize the EMT program in endogenous and exogenous RUNX1-expressing PCa cell lines. A decreasing metastasis of both HA-treated cell lines was evidenced through a downregulation of MMP2 and MMP9 via the Akt/P38/JNK-MAPK signaling pathway. Overall, our approach first demonstrated that RUNX1 enhanced EMT-driven prostate cancer metastasis and that HA was capable of inhibiting the EMT and metastatic processes and should probably be considered as a candidate for metastasis PCa treatment.

Keywords: RUNX1, holothurin A, EMT, metastasis, prostate cancer

Citation: Janta S, Pranweerapaiboon K, Vivithanaporn P, Plubrukarn A, Chairoungdua A, Prasertsuksri P, Apisawetakan S, Chaithirayanon K. Holothurin A Inhibits RUNX1-Enhanced EMT in Metastasis Prostate Cancer via the Akt/JNK and P38 MAPK Signaling Pathway. Marine Drugs. 2023; 21(6):345. https://doi.org/10.3390/md21060345

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Sirorat Janta
เครดิตภาพ: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
แหล่งทุนวิจัย: สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน), โครงการวิจัยได้รับทุนอุดหนุนการวิจัยจากมหาวิทยาลัยมหิดล (ทุนสนับสนุนด้านวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม พื้นฐาน ปีงบประมาณ พ.ศ. 2564)

Highlight

สาร holothurin A สามารถลดการแสดงออกของโปรตีน PSA ทำให้ลดการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากที่มีแอนโดรเจนรีเซพเตอร์ โดยพบว่าสาร holothurin A จับกับ BF3 บนแอนโดรเจนรีเซพเตอร์ได้อย่างมั่นคงการจำลองผ่านทางคอมพิวเตอร์ ดังนั้นบริเวณ BF3 น่าจะเป็นตำแหน่งที่สำคัญอีกตำแหน่งในการรักษาโรคมะเร็งต่อมลูกหมากต่อไป

ที่มาและความสำคัญ

Androgen receptor มีหน้าที่สำคัญอย่างนึงที่ช่วยทำให้เซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากเจริญเติบโต ทำให้รีเซพเตอร์ชนิดนี้ถูกพิจารณาในการรักษาโรคมะเร็งเบื้องต้น แต่อย่างไรก็ตามเมื่อคนไข้ได้รับการรักษาด้วยฮอร์โมนเป็นระยะเวลานาน เซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากจะพัฒนาตัวเองและต้านต่อการรักษาฮอร์โมนได้ เพราะเกิดการกลายพันธุ์ที่ตำแหน่งการจับของ ligand ต่อแอนโดรเจนรีเซพเตอร์ เป็นที่น่าสนใจว่า binding function 3 (BF3) เป็นตำแหน่งที่อยู่บนแอนโดรเจนรีเซพเตอร์นั้น สามารถนำมาใช้ในการรักษาการกลับมาเป็นซ้ำของมะเร็ง ดังนั้นในการศึกษานี้ มีวัตถุประสงค์ในการศึกษาศักยภาพของสาร holothurin A ที่เป็นกลุ่ม triterpenoid saponin ของปลิงทะเลขาว H. scabra ต่อการแสดงออกของแอนโดรเจนของเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากในระดับหลอดทดลองและการจำลองผ่านทางคอมพิวเตอร์ เพื่อใช้เป็นประโยชน์ในการรักษาโรคมะเร็งต่อมลูกหมากต่อไป

Abstract

The androgen receptor (AR) plays a crucial role in the growth of prostate cancer, and has long been considered the cancer’s primary strategic therapeutic target. However, despite the early susceptibility, patients receiving hormonal therapy targeting AR are likely to develops resistance to the treatment and progresses to the castration-resistant stage as a consequence of the mutation at the ligand binding pocket of AR. Interestingly, the surface pocket of the AR called binding function 3 (BF3) has been reported as a great benefit for treating a recurrent tumor. Herein, we investigate the potential of using a marine triterpenoid saponin, holothurin A, on targeting AR expression of prostate cancer using in vitro and in silico studies. Holothurin A reduced the PSA expression, leading to the growth inhibition of androgen sensitive prostate cancer cell line through a downregulation of AR activity. The molecular docking study demonstrated that holothurin A could bind strongly in the BF3 pocket by energetically favorable hydrogen acceptor and hydrophobic with a calculated binding affinity of -13.90 kcal/mol. Molecular dynamics simulations provided the additional evidence that holothurin A can form a stable complex with the BF3 pocket through the hydrophobic interactions with VAL676, ILE680, and ALA721. As a consequence, holothurin A modulates the activation function-2 (AF2) site of the AR through repositioning of the residues in the AF2 pocket. Targeting alternatives sites on the surface of AR via holothurin A will provide a potential candidate for future prostate cancer treatment.

Keywords: BF3, Prostate cancer, allosteric, androgen receptor, holothurin A

Citation: Pranweerapaiboon K, Garon A, Seidel T, Janta S, Plubrukarn A, Chaithirayanon K, Langer T. In vitro and in silico studies of holothurin A on androgen receptor in prostate cancer. J Biomol Struct Dyn. 2021 Sep 13:1-9. DOI: 10.1080/07391102.2021.1975562.

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: ดร.กันตา ปรานวีระไพบูลย์
เครดิตภาพ: ดร.กันตา ปรานวีระไพบูลย์
แหล่งทุนวิจัย: สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน)

Highlight:
สารสกัดหยาบจากผนังลำตัวของปลิงทะเลขาว Holothuria scabra ในสารละลายเมธานอลมีฤทธิ์ในการชักนำให้เกิดการตายแบบ apoptosis และยับยั้งการแพร่กระจายของเซลล์ต่อมลูกหมาก PC3 โดยผ่านทางวิถีสัญญาณ MAPK

ที่มาและความสำคัญ
สารสกัดจากปลิงทะเล มีคุณสมบัติที่ต้านการอักเสบ ต้านอนุมูลอิสระ และต้านมะเร็งชนิต่าง ๆ แต่อย่างไรก็ตามยังไม่มีการศึกษาเกี่ยวกับ สารสกัดหยาบจากผนังลำตัวของปลิงทะเลขาว H. scabra ที่มีฤทธิ์ต้านเซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากในมนุษย์ PC3 ดังนั้นการศึกษาวิจัยนี้จึงมุ่งเน้นศึกษาประโยชน์ของสารสกัดหยาบจากผนังลำตัวของปลิงทะเลขาว H. scabra ที่มีฤทธิ์ทำให้เซลล์มะเร็งต่อมลูกหมากในมนุษย์ PC3 ตายและยับยั้งการแพร่กระจาย โดยพบว่าสารสกัดหยาบจากผนังลำตัวของปลิงทะเลขาว Holothuria scabra ในสารละลายเมธานอลมีฤทธิ์ทำให้สารอนุมูลอิสระในเซลล์ต่อมลูกหมาก PC3 เพิ่มขึ้นผ่านทาง p38 และ JNK ของ MAPK ทำให้เกิดการตายแบบ apoptosis และยับยั้งการแพร่กระจายโดยการลดการแสดงออกของ MMP-2/-9 ผ่านทางวิถีสัญญาณของ ERK ใน MAPK ซึ่งการศึกษานี้อาจนำไปสู่การพัฒนาอาหารเสริมในการรักษาโรคมะเร็งต่อมลูกหมาก

Abstract 
Sea cucumber, Holothuria scabra, is a well-known traditional Asian medicine that has been used for suppressing inflammation, promoting wound healing, and improving immunity. Moreover, previous studies demonstrated that the extract from H. scabra contains many bioactive compounds and has potent on inhibiting tumor cells survival and progression. However, the effect of the methanolic extract from the body wall of H. scabra (BWMT) on human prostate cancer cells has not yet been investigated. In this study, we aimed to investigate the effects and underlying mechanism of BWMT on prostate cancer cell viability and metastasis. BWMT was obtained by maceration with methanol. The effect of BWMT on cell viability was assessed by MTT and colony formation assays. The intracellular ROS accumulation was evaluated using a DCFH-DA fluorescence probe. Hoechst 33342 staining and Annexin V-FITC/PI staining were used to examine the apoptotic-inducing effect of the extract. A transwell migration assay was performed to determine the anti-metastasis effect. BWMT significantly reduced cell viability, triggered cellular apoptosis by accumulating intracellular ROS and resulting in the upregulation of JNK and p38 signaling pathways. In addition, BWMT also inhibited the invasion of PC3 cells by downregulating MMP-2/-9 expression via the ERK pathway. Consequently, our study provides BWMT from H. scabra as a putative therapeutic agent that could be applicable for prostate cancer progression.

Keywords: Holothuria scabra, apoptosis, metastasis, ROS, Prostate cancer, MAPK

Citation: Pranweerapaiboon K, Noonong K, Apisawetakan S, Sobhon P, Chaithirayanon K.  Methanolic Extract from Sea Cucumber, Holothuria scabra, Induces Apoptosis and Suppresses Metastasis of PC3 Prostate Cancer Cells Modulated by MAPK Signaling Pathway.  J. Microbiol. Biotechnol. -0001;31:-.  https://doi.org/10.4014/jmb.2103.03034

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กุลธิดา ชัยธีระยานนท์
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาวกันตา ปรานวีระไพบูลย์
แหล่งทุนวิจัย: สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน)