Published January 26, 2021 | Version v1
Publication Open

Natural podophyllotoxin analog 4DPG attenuates EMT and colorectal cancer progression via activation of checkpoint kinase 2

Creators

  • 1. Academy of Scientific and Innovative Research
  • 2. The Ohio State University
  • 3. Indian Institute of Integrative Medicine
  • 4. Centre for Cellular and Molecular Biology

Description

Abstract Epithelial–mesenchymal transition (EMT) is critical for the metastatic dissemination of cancer cells and contributes to drug resistance. In this study, we observed that epithelial colorectal cancer (CRC) cells transiently exposed to 5-fluorouracil (5-FU) (a chemotherapeutic drug for CRC) as well as 5-FU-resistant cells (5-FU-R) develop EMT characters as evidenced by activation of Vimentin and augmented invasive properties. On the other hand, 4DPG (4′-demethyl-deoxypodophyllotoxin glucoside), a natural podophyllotoxin analog attenuates EMT and invadopodia formation abilities of HCT-116/5-FU-R and SW-620/5-FU-R cells. Treatment with 4DPG restrains Vimentin phosphorylation (Ser38) in 5-FU-R cells, along with downregulation of mesenchymal markers Twist1 and MMP-2 while augmenting the expression of epithelial markers E-cadherin and TIMP-1. Moreover, 4DPG boosts the tumor-suppressor protein, checkpoint kinase 2 (Chk2) via phosphorylation at Thr68 in a dose-dependent manner in 5-FU-R cells. Mechanistically, SiRNA-mediated silencing of Chk2, as well as treatment with Chk2-specific small-molecule inhibitor (PV1019), divulges that 4DPG represses Vimentin activation in a Chk2-dependent manner. Furthermore, immunoprecipitation analysis unveiled that 4DPG prevents complex formation between Vimentin and p53 resulting in the rescue of p53 and its nuclear localization in aggressive 5-FU-R cells. In addition, 4DPG confers suitable pharmacokinetic properties and strongly abrogates tumor growth, polyps formation, and lung metastasis in an orthotopic rat colorectal carcinoma model. In conclusion, our findings demonstrate 4DPG as a targeted antitumor/anti-metastatic pharmacological lead compound to circumvent EMT-associated drug resistance and suggest its clinical benefits for the treatment of aggressive cancers.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يعتبر الانتقال الظهاري المتوسط التجريدي (EMT) أمرًا بالغ الأهمية للانتشار النقيلي للخلايا السرطانية ويساهم في مقاومة الأدوية. في هذه الدراسة، لاحظنا أن خلايا سرطان القولون والمستقيم الظهارية (CRC) تتعرض بشكل عابر لـ 5 -فلورويوراسيل (5 - FU) (دواء علاجي كيميائي لـ CRC) بالإضافة إلى الخلايا المقاومة لـ 5 - FU (5 - FU - R) تطور شخصيات EMT كما يتضح من تنشيط Vimentin والخصائص الغازية المعززة. من ناحية أخرى، فإن 4DPG (4'- dimethyl - deoxypodophyllotoxin glucoside)، وهو نظير podophyllotoxin الطبيعي يخفف من قدرات تكوين EMT و invadopodia لخلايا HCT -116/5 - FU - R و SW -620/5 - FU - R. العلاج باستخدام 4DPG يقيد فسفرة فيمنتين (Ser38) في خلايا 5 - FU - R، إلى جانب تقليل تنظيم العلامات الوسيطة Twist1 و MMP -2 مع زيادة التعبير عن العلامات الظهارية E - cadherin و TIMP -1. علاوة على ذلك، يعزز 4DPG البروتين المثبط للورم، نقطة التفتيش كيناز 2 (Chk2) عبر الفسفرة عند Thr68 بطريقة تعتمد على الجرعة في خلايا 5 - FU - R. من الناحية الميكانيكية، يكشف إسكات Chk2 بوساطة SiRNA، بالإضافة إلى العلاج بمثبط الجزيئات الصغيرة الخاص بـ Chk2 (PV1019)، أن 4DPG يقمع تنشيط Vimentin بطريقة تعتمد على Chk2. علاوة على ذلك، كشف تحليل الترسيب المناعي أن 4DPG يمنع التكوين المعقد بين فيمنتين و p53 مما يؤدي إلى إنقاذ p53 وتوطينها النووي في خلايا 5 - FU - R العدوانية. بالإضافة إلى ذلك، يمنح 4DPG خصائص الحرائك الدوائية المناسبة ويلغي بقوة نمو الورم، وتكوين السلائل، ونقائل الرئة في نموذج سرطان القولون والمستقيم في الفئران. في الختام، توضح النتائج التي توصلنا إليها 4DPG كمركب دوائي مستهدف مضاد للورم/مضاد للانبثاث للتحايل على مقاومة الأدوية المرتبطة بفريق الطوارئ الطبي واقتراح فوائده السريرية لعلاج السرطانات العدوانية.

Translated Description (French)

Résumé La transition épithélio-mésenchymateuse (TEM) est essentielle à la dissémination métastatique des cellules cancéreuses et contribue à la résistance aux médicaments. Dans cette étude, nous avons observé que les cellules du cancer colorectal épithélial (CCR) exposées de manière transitoire au 5-fluorouracile (5-FU) (un médicament chimiothérapeutique pour le CCR) ainsi que les cellules résistantes au 5-FU (5-FU-R) développent des caractères EMT comme en témoignent l'activation de la vimentine et les propriétés invasives augmentées. D'autre part, la 4DPG (4′ -déméthyl-désoxypodophyllotoxine glucoside), un analogue naturel de la podophyllotoxine, atténue les capacités de formation d'EMT et d'invadopodes des cellules HCT-116/5-FU-R et SW-620/5-FU-R. Le traitement par 4DPG limite la phosphorylation de la Vimentine (Ser38) dans les cellules 5-FU-R, ainsi que la régulation négative des marqueurs mésenchymateux Twist1 et MMP-2 tout en augmentant l'expression des marqueurs épithéliaux E-cadhérine et TIMP-1. De plus, la 4DPG stimule la protéine suppresseur de tumeur, la kinase de point de contrôle 2 (Chk2) par phosphorylation à Thr68 de manière dose-dépendante dans les cellules 5-FU-R. Mécaniquement, le silençage de Chk2 induit par SiRNA, ainsi que le traitement avec un inhibiteur de petite molécule spécifique de Chk2 (PV1019), divulgue que 4DPG réprime l'activation de Vimentin d'une manière dépendante de Chk2. De plus, l'analyse de l'immunoprécipitation a révélé que la 4DPG empêche la formation de complexes entre la Vimentine et la p53, ce qui entraîne le sauvetage de la p53 et sa localisation nucléaire dans les cellules agressives 5-FU-R. En outre, la 4DPG confère des propriétés pharmacocinétiques appropriées et abroge fortement la croissance tumorale, la formation de polypes et les métastases pulmonaires dans un modèle orthotopique de carcinome colorectal de rat. En conclusion, nos résultats démontrent que la 4DPG est un composé principal pharmacologique antitumoral/anti-métastatique ciblé pour contourner la résistance aux médicaments associée aux EMT et suggèrent ses avantages cliniques pour le traitement des cancers agressifs.

Translated Description (Spanish)

Resumen La transición epitelial-mesenquimal (EMT) es fundamental para la diseminación metastásica de las células cancerosas y contribuye a la resistencia a los medicamentos. En este estudio, observamos que las células de cáncer colorrectal epitelial (CCR) expuestas transitoriamente al 5-fluorouracilo (5-FU) (un fármaco quimioterapéutico para el CCR), así como las células resistentes al 5-FU (5-FU-R) desarrollan caracteres EMT como lo demuestra la activación de la vimentina y el aumento de las propiedades invasivas. Por otro lado, 4DPG (glucósido de 4′-desmetil-desoxipodofilotoxina), un análogo de podofilotoxina natural atenúa las capacidades de formación de EMT e invadopodios de las células HCT-116/5-FU-R y SW-620/5-FU-R. El tratamiento con 4DPG restringe la fosforilación de vimentina (Ser38) en células 5-FU-R, junto con la regulación negativa de los marcadores mesenquimales Twist1 y MMP-2, al tiempo que aumenta la expresión de los marcadores epiteliales E-cadherina y TIMP-1. Además, 4DPG refuerza la proteína supresora de tumores, la quinasa de punto de control 2 (Chk2) a través de la fosforilación en Thr68 de una manera dependiente de la dosis en las células 5-FU-R. Mecánicamente, el silenciamiento mediado por ARNip de Chk2, así como el tratamiento con inhibidor de moléculas pequeñas específico de Chk2 (PV1019), divulga que 4DPG reprime la activación de vimentina de una manera dependiente de Chk2. Además, el análisis de inmunoprecipitación reveló que 4DPG previene la formación de complejos entre Vimentin y p53, lo que resulta en el rescate de p53 y su localización nuclear en células 5-FU-R agresivas. Además, 4DPG confiere propiedades farmacocinéticas adecuadas y anula fuertemente el crecimiento tumoral, la formación de pólipos y la metástasis pulmonar en un modelo de carcinoma colorrectal de rata ortotópico. En conclusión, nuestros hallazgos demuestran que 4DPG es un compuesto principal farmacológico antitumoral/antimetastásico dirigido para eludir la resistencia a los medicamentos asociada a la EMT y sugieren sus beneficios clínicos para el tratamiento de cánceres agresivos.

Files

s41420-021-00405-3.pdf.pdf

Files (2.2 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:24826ef23d040c9c62651c7c624b4c7e
2.2 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
بودوفيلوتوكسين الطبيعية التناظرية 4DPG يخفف من تطور EMT وسرطان القولون والمستقيم عن طريق تفعيل نقطة التفتيش كيناز 2
Translated title (French)
Le 4DPG, analogue naturel de la podophyllotoxine, atténue l'EMT et la progression du cancer colorectal via l'activation de la kinase de point de contrôle 2
Translated title (Spanish)
El análogo de podofilotoxina natural 4DPG atenúa la EMT y la progresión del cáncer colorrectal a través de la activación de la quinasa de punto de control 2

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3124250421
DOI
10.1038/s41420-021-00405-3

Is supplement to
https://openalex.org/W3147393391 (Other)
https://openalex.org/W3118667519 (Other)
https://openalex.org/W3042521424 (Other)
https://openalex.org/W3032018168 (Other)
https://openalex.org/W2991110581 (Other)
https://openalex.org/W2806189561 (Other)
https://openalex.org/W2784579557 (Other)
https://openalex.org/W2099293728 (Other)
https://openalex.org/W2092051801 (Other)
https://openalex.org/W1513049384 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
India

References

  • https://openalex.org/W1480741751
  • https://openalex.org/W1484740038
  • https://openalex.org/W1545084887
  • https://openalex.org/W1964847767
  • https://openalex.org/W1965157031
  • https://openalex.org/W1974253337
  • https://openalex.org/W1989882479
  • https://openalex.org/W1998918975
  • https://openalex.org/W2029304297
  • https://openalex.org/W2031611276
  • https://openalex.org/W2061856741
  • https://openalex.org/W2073582287
  • https://openalex.org/W2076636899
  • https://openalex.org/W2088512897
  • https://openalex.org/W2100751052
  • https://openalex.org/W2108375386
  • https://openalex.org/W2111015370
  • https://openalex.org/W2114906733
  • https://openalex.org/W2115875682
  • https://openalex.org/W2117389132
  • https://openalex.org/W2126931729
  • https://openalex.org/W2131487381
  • https://openalex.org/W2140715357
  • https://openalex.org/W2142194481
  • https://openalex.org/W2144879614
  • https://openalex.org/W2146383172
  • https://openalex.org/W2157923000
  • https://openalex.org/W2165200432
  • https://openalex.org/W2166576553
  • https://openalex.org/W2175406371
  • https://openalex.org/W2338323471
  • https://openalex.org/W2546283753
  • https://openalex.org/W2611739609
  • https://openalex.org/W2613918405
  • https://openalex.org/W2619578343
  • https://openalex.org/W2735063286
  • https://openalex.org/W2762800766
  • https://openalex.org/W2772121941
  • https://openalex.org/W2786843484
  • https://openalex.org/W2803021286
  • https://openalex.org/W2806486243
  • https://openalex.org/W2884520938
  • https://openalex.org/W2891141728
  • https://openalex.org/W2895726568
  • https://openalex.org/W2904049988
  • https://openalex.org/W2921889500
  • https://openalex.org/W2938520987
  • https://openalex.org/W2942183221
  • https://openalex.org/W2952842834
  • https://openalex.org/W2953666370
  • https://openalex.org/W2969038429
  • https://openalex.org/W2974215033
  • https://openalex.org/W2986791245
  • https://openalex.org/W3003341553
  • https://openalex.org/W3015079562