Published August 8, 2023 | Version v1
Publication Open

In vitro cytotoxic and apoptotic activity of the Mauritian marine sponge Neopetrosia exigua

Creators

  • 1. University of Mauritius
  • 2. Universiti Malaysia Terengganu
  • 3. Diponegoro University

Description

Marine sponges belonging to the genus Neopetrosia represent a quasi-inexhaustible source of novel cytotoxic compounds. Yet studies delineating their molecular mechanisms of action in cancer cells remain scarce. We investigated the cytotoxic and apoptosis inducing potential of the Mauritian marine sponge Neopetrosia exigua derived crude extract, hexane and ethyl acetate fraction. Their cytotoxic activity was screened against four cancer cell lines and two non-malignant cell lines via the Alamar Blue metabolic assay. The level of intracellular reactive oxygen species (ROS) production, endogenous antioxidant enzyme activity (catalase and superoxide dismutase) and mitochondrial membrane potential were determined. The ability of the active extract to induce apoptosis in cancer cells and modulate the expression levels of apoptotic markers (caspases and polyADP-ribose polymerase (PARP)) was further evaluated via western blot. The ethyl acetate fraction (NEEAF) displayed the highest inhibitory effect with an IC50 of 6.87 μg/mL against the liver hepatocellular carcinoma cell line (HepG2). Mechanistically, NEEAF induced morphological hallmarks characteristic of apoptosis, increased ROS production, decreased catalase and superoxide dismutase activity and mitochondrial membrane depolarisation in a concentration-dependent manner compared to the control (p<0.05). In addition, NEEAF induced the activation of caspase-9, -7, -3 and cleavage of PARP. Overall, this study provides biochemical evidence for oxidative stress-mediated cytotoxicity and apoptosis in HepG2 cells by NEEAF. Further in-depth investigations are needed to isolate the active constituents, which may potentially lead to the development of novel anticancer therapeutics. Significance: Marine sponges represent an untapped goldmine of structurally unique compounds with interesting anticancer properties. This important initial investigative work will set the stage for more in-depth mechanistic studies and chemical characterisation of potentially novel bioactive compounds from the genus Neopetrosia. This work will also help to strengthen frameworks oriented towards the conservation of Neopetrosia species in the Western Indian Ocean region.

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

Translated Description (Arabic)

تمثل الإسفنجيات البحرية التي تنتمي إلى جنس Neopetrosia مصدرًا شبه مستنفد للمركبات السامة للخلايا الجديدة. ومع ذلك، لا تزال الدراسات التي تحدد آليات عملها الجزيئية في الخلايا السرطانية نادرة. لقد بحثنا في إمكانية إحداث السمية الخلوية والاستماتة للإسفنج البحري الموريشيوسي Neopetrosia exigua المشتق من المستخلص الخام والهكسان وجزء أسيتات الإيثيل. تم فحص نشاطهم السام للخلايا ضد أربعة خطوط خلايا سرطانية وخطين خلويين غير خبيثين عبر الفحص الأيضي Alamar Blue. تم تحديد مستوى إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية داخل الخلايا (ROS)، ونشاط الإنزيم المضاد للأكسدة الداخلي (الكاتالاز وفوق أكسيد ديسموتاز) وإمكانات غشاء الميتوكوندريا. تم تقييم قدرة المستخلص النشط على إحداث موت الخلايا المبرمج في الخلايا السرطانية وتعديل مستويات التعبير عن علامات موت الخلايا المبرمج (caspases و polyADP - ريبوز بوليميراز (PARP)) بشكل أكبر عبر البقعة الغربية. أظهر جزء أسيتات الإيثيل (NEEAF) أعلى تأثير مثبط مع IC50 من 6.87 ميكروغرام/مل ضد خط خلايا سرطان الكبد الكبدي (HepG2). ميكانيكيا، أحدثت NEEAF السمات المورفولوجية المميزة للاستماتة، وزيادة إنتاج ROS، وانخفاض نشاط الكاتالاز وفوق الأكسيد ديسموتاز وإزالة الاستقطاب من غشاء الميتوكوندريا بطريقة تعتمد على التركيز مقارنة مع عنصر التحكم (p<0.05). بالإضافة إلى ذلك، حثت NEEAF على تنشيط caspase -9 و-7 و-3 وانقسام PARP. بشكل عام، تقدم هذه الدراسة أدلة كيميائية حيوية على السمية الخلوية المؤكسدة بوساطة الإجهاد والاستماتة في خلايا HepG2 بواسطة NEEAF. هناك حاجة إلى مزيد من التحقيقات المتعمقة لعزل المكونات النشطة، والتي قد تؤدي إلى تطوير علاجات جديدة مضادة للسرطان. الأهمية: تمثل الإسفنجيات البحرية منجم ذهب غير مستغل لمركبات فريدة من نوعها من الناحية الهيكلية ذات خصائص مثيرة للاهتمام مضادة للسرطان. سيمهد هذا العمل الاستقصائي الأولي الهام الطريق لمزيد من الدراسات الميكانيكية المتعمقة والتوصيف الكيميائي للمركبات النشطة بيولوجيًا التي يحتمل أن تكون جديدة من جنس نيوبتروسيا. سيساعد هذا العمل أيضًا على تعزيز الأطر الموجهة نحو الحفاظ على أنواع الصخور الحديثة في منطقة غرب المحيط الهندي.

Translated Description (French)

Les éponges marines appartenant au genre Neopetrosia représentent une source quasi inépuisable de nouveaux composés cytotoxiques. Pourtant, les études délimitant leurs mécanismes moléculaires d'action dans les cellules cancéreuses restent rares. Nous avons étudié le potentiel cytotoxique et inducteur d'apoptose de l'éponge marine mauricienne Neopetrosia exigua dérivée de l'extrait brut, de l'hexane et de la fraction acétate d'éthyle. Leur activité cytotoxique a été criblée contre quatre lignées cellulaires cancéreuses et deux lignées cellulaires non malignes via le test métabolique Alamar Blue. Le niveau de production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) intracellulaires, l'activité enzymatique antioxydante endogène (catalase et superoxyde dismutase) et le potentiel membranaire mitochondrial ont été déterminés. La capacité de l'extrait actif à induire l'apoptose dans les cellules cancéreuses et à moduler les niveaux d'expression des marqueurs apoptotiques (caspases et polyADP-ribose polymérase (PARP)) a été évaluée par transfert Western. La fraction d'acétate d'éthyle (NEEAF) a montré l'effet inhibiteur le plus élevé avec une CI50 de 6,87 μg/mL contre la lignée cellulaire de carcinome hépatocellulaire hépatique (HepG2). Mécaniquement, les caractéristiques morphologiques induites par le NEEAF sont caractéristiques de l'apoptose, de l'augmentation de la production de ROS, de la diminution de l'activité de la catalase et de la superoxyde dismutase et de la dépolarisation de la membrane mitochondriale d'une manière dépendante de la concentration par rapport au témoin (p<0,05). De plus, NEEAF a induit l'activation de la caspase-9, -7, -3 et le clivage de PARP. Dans l'ensemble, cette étude fournit des preuves biochimiques de la cytotoxicité et de l'apoptose induites par le stress oxydatif dans les cellules HepG2 par le NEEAF. D'autres recherches approfondies sont nécessaires pour isoler les constituants actifs, ce qui peut potentiellement conduire au développement de nouveaux traitements anticancéreux. Importance : Les éponges marines représentent une mine d'or inexploitée de composés structurellement uniques aux propriétés anticancéreuses intéressantes. Cet important travail d'enquête initial ouvrira la voie à des études mécanistiques plus approfondies et à la caractérisation chimique de composés bioactifs potentiellement nouveaux du genre Neopetrosia. Ce travail contribuera également à renforcer les cadres orientés vers la conservation des espèces de Neopetrosia dans la région de l'océan Indien occidental.

Translated Description (Spanish)

Las esponjas marinas pertenecientes al género Neopetrosia representan una fuente casi inagotable de nuevos compuestos citotóxicos. Sin embargo, los estudios que delinean sus mecanismos moleculares de acción en las células cancerosas siguen siendo escasos. Investigamos el potencial citotóxico e inductor de apoptosis de la esponja marina de Mauricio, extracto bruto derivado de Neopetrosia exigua, fracción de hexano y acetato de etilo. Su actividad citotóxica se analizó contra cuatro líneas celulares cancerosas y dos líneas celulares no malignas mediante el ensayo metabólico Alamar Blue. Se determinó el nivel de producción de especies reactivas de oxígeno intracelular (ROS), la actividad enzimática antioxidante endógena (catalasa y superóxido dismutasa) y el potencial de membrana mitocondrial. La capacidad del extracto activo para inducir la apoptosis en células cancerosas y modular los niveles de expresión de marcadores apoptóticos (caspasas y poliADP-ribosa polimerasa (PARP)) se evaluó adicionalmente mediante transferencia Western. La fracción de acetato de etilo (NEEAF) mostró el mayor efecto inhibidor con una IC50 de 6.87 μg/mL contra la línea celular de carcinoma hepatocelular hepático (HepG2). Mecánicamente, NEEAF indujo características morfológicas características de la apoptosis, aumento de la producción de ROS, disminución de la actividad de catalasa y superóxido dismutasa y despolarización de la membrana mitocondrial de una manera dependiente de la concentración en comparación con el control (p<0.05). Además, NEEAF indujo la activación de caspasa-9, -7, -3 y la escisión de PARP. En general, este estudio proporciona evidencia bioquímica de la citotoxicidad mediada por el estrés oxidativo y la apoptosis en células HepG2 por parte de NEEAF. Se necesitan más investigaciones en profundidad para aislar los componentes activos, lo que puede conducir al desarrollo de nuevas terapias contra el cáncer. Importancia: Las esponjas marinas representan una mina de oro sin explotar de compuestos estructuralmente únicos con interesantes propiedades anticancerígenas. Este importante trabajo de investigación inicial sentará las bases para estudios mecanísticos más profundos y la caracterización química de compuestos bioactivos potencialmente novedosos del género Neopetrosia. Este trabajo también ayudará a fortalecer los marcos orientados a la protección de las especies de Neopetrosia en la región del Océano Índico Occidental.

Files

20249.pdf

Files (3.1 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
md5:73f2de04815098a8844507ead5a77f0b
3.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
النشاط السام للخلايا والمبرمج في المختبر للإسفنج البحري الموريشيوسي Neopetrosia exigua
Translated title (French)
Activité cytotoxique et apoptotique in vitro de l'éponge marine mauricienne Neopetrosia exigua
Translated title (Spanish)
Actividad citotóxica y apoptótica in vitro de la esponja marina de Mauricio Neopetrosia exigua

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4385622022
DOI
10.17159/sajs.2023/13745

Is supplement to
https://openalex.org/W4306407686 (Other)
https://openalex.org/W2796949944 (Other)
https://openalex.org/W2557798099 (Other)
https://openalex.org/W2366562690 (Other)
https://openalex.org/W2329428880 (Other)
https://openalex.org/W2081917043 (Other)
https://openalex.org/W2074324989 (Other)
https://openalex.org/W2072761542 (Other)
https://openalex.org/W2025687052 (Other)
https://openalex.org/W1953847668 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Malaysia

References

  • https://openalex.org/W1497053990
  • https://openalex.org/W1977178308
  • https://openalex.org/W1984206494
  • https://openalex.org/W2041654477
  • https://openalex.org/W2065304937
  • https://openalex.org/W2066411725
  • https://openalex.org/W2096086803
  • https://openalex.org/W2111142535
  • https://openalex.org/W2145084908
  • https://openalex.org/W2152586799
  • https://openalex.org/W2161054114
  • https://openalex.org/W2162745033
  • https://openalex.org/W2332736859
  • https://openalex.org/W2465691026
  • https://openalex.org/W2514787843
  • https://openalex.org/W2519786994
  • https://openalex.org/W2585084950
  • https://openalex.org/W2604535226
  • https://openalex.org/W2610421141
  • https://openalex.org/W2886636516
  • https://openalex.org/W2922108795
  • https://openalex.org/W3006514606
  • https://openalex.org/W3090121233
  • https://openalex.org/W3094796183
  • https://openalex.org/W3137825542
  • https://openalex.org/W4295925761
  • https://openalex.org/W4296356099