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Extracts of anti-malarial and anti-inflammatory healing plants as oncolytic concept

Christine Unger

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Georg Krupitza

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DOI

10.25365/thesis.11594

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30016.62485.387264-7

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Obwohl viele Krebserkrankungen initial erfolgreich behandelt werden können, verlangen rezidive und refraktäre Tumore die Entwicklung neuer Chemotherapeutika. Die vorliegende Masterarbeit untersuchte hierzu zwei ethnomedizinischen Pflanzen aus Guatemala, Critonia morifolia und Neurolaena lobata, die bereits seit hunderten Jahren traditionell in der Medizin der Mayas Anwendung finden, als potentielle Quellen zukünftiger Chemotherapeutika. Aus dem Pflanzenmaterial wurden jeweils fünf Extrakte unterschiedlicher Polaritäten hergestellt und im Zellversuch in HL 60 Zellen auf ihre anti kanzerogene Wirkung getestet. Für jede der Pflanzen wurde das Extrakt mit den stärksten anti proliferativen und pro apoptischen Effekten ausgewählt und mittels weiterführender Untersuchungen, u.a. Western Blot und FACS Analyse, versucht zugrundeliegende Mechanismen zu ermitteln. Die Proliferationshemmung des C. morifolia Petroleumetherextraktes beruhte vermutlich eher auf der frühen Induktion der Apoptose vermittelt durch aktive Caspase 3. Die Aktivierung des zellregulatorischen Proteins Chk2 und der damit korrelierende S Phase Arrest nach 24 Stunden wäre demnach durch DNA Schäden aufgrund des vorschreitenden Zelltod verursacht. Der rasche Verlust an Bioaktivität des Extraktes lässt auf in hohem Maße instabile Verbindungen schließen, die einen zukünftigen Einsatz als Chemotherapeutikum limitieren könnten. Im Fall von N. lobata wurde das Dichlormethanextrakt (10 15 µg/ml) in humanen SR 786 und murinen 417 NPM ALK positiven ALCL Zelllinien getestet. In beiden war ein Zellzyklusarrest in G2 M zu beobachten, der mit der Aktivierung von Chk1, der Abnahme an c Myc und der Induktion des Tumorsupressor Proteins p21 korrelierte. Zusätzlich induzierte das Extrakt Apoptose vermittelt durch Caspase 3 Aktivierung und gefolgt von H2AX Phopsphorylierung. Die Exposition humaner Lungenfibroblasten gegenüber 20 µg/ml Extrakt ließ auf eine geringe Toxizität gegenüber normalen Zellen schließen. Desweiteren führte das Extrakt zu einer deutlichen Abnahme des onkogenen NPM ALK Transkriptes und Proteins. Da die NPM Proteinexpression unverändert blieb, wird ein post transkriptioneller Mechanismus hinter dieser Beobachtung vermutet. Im Gegensatz zu N. lobata nahmen Behandlungen mit Vincristine und C. morifolia Extrakt keinen Einfluss auf die NPM ALK Proteinexpression. Mit PDGFR β wurde, neben NPM ALK, eine weitere Rezeptor Tyrosinekinase durch N. lobata herunterreguliert. Zusammengefasst verhinderte das N. lobata Extrakt die Expression wichtiger Proto Onkogene, dessen exakten Mechanismus es noch zu klären gilt.

Abstract

(Englisch)

Although many cancers can be treated efficiently in first line chemotherapy, relapse and refractory cancers require the discovery and development of new anti cancer agents. The present work analyzed the potential anti neoplastic activity of two rainforest species of the Asteraceae family, Critonia morifolia and Neurolaena lobata, that successfully passed hundreds of years of usage as home remedies in the long lasting medical tradition of the Central American Mayas. The plant material, collected in Guatemala, was lyophilized and sequentially extracted with five solvents of increasing polarity to provide an initial separation of plant constituents. For each plant, the extract exhibiting the most potent anti proliferative and pro apoptotic effects in HL 60 cells was subjected to more detailed investigations including western blot and FACS analyses. The anti proliferative properties of the C. morifolia petroleum ether extract turned out to be attributable to the induction of cell death as the apoptotic executioner protein caspase 3 was already activated within 2 hours of incubation. Changes in the levels of cell regulatory proteins were observed thereafter, in particular, Chk2 was activated upon DNA cleavage initiated by the foregoing onset of apoptosis,and this correlated with the S phase cell arrest after 24 hours. The loss in bio activity of this extract indicated that considerably unstable compounds triggered the anti neoplastic effects, which may limit its potential use as anti cancer remedy. The other plant, N. lobata, tested in human SR 786 and murine 417 NPM ALK positive ALCL cell lines, was more promising. In both cell lines, 10 15 µg/ml of the dichloromethane extract inhibited the cell cycle in G2 M phase, which correlated with the activation of Chk1 and the depletion of the proto oncogene c Myc paralleled by the upregulation of the p21 tumor suppressor protein. The extract strongly triggered apoptosis, inducing caspase 3 followed by phosphorylation of H2AX. Overall toxicity was low since normal human lung fibroblasts remained viable even upon exposure to extract concentrations beyond 15 µg/ml. The extract led to a substantial decrease in oncogenic NPM ALK transcript and protein expression, but not in that of nucleophosmin. This suggested that the extract affected a post-transcriptional mechanism, i.e. mRNA stability rather that mRNA transcription. The chemotherapeutic agent vincristine and the C. morifolia extract did not affect NPM-ALK expression. Apart from NPM ALK, a second tyrosine kinase, namely PDGFR β, was also downregulated by the N. lobata extract. Taken together, the N. lobata extract blocked the expression of several proto oncogenes by a mechanism that needs to be determined in future investigations.

Autor*innen

Christine Unger

Haupttitel (Englisch)

Extracts of anti-malarial and anti-inflammatory healing plants as oncolytic concept

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

V, 95 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Georg Krupitza

Klassifikationen

42 Biologie > 42.15 Zellbiologie ,

44 Medizin > 44.41 Pharmazeutische Biologie

AC Nummer

AC08327504

Utheses ID

10463

Studienkennzahl

UA | 066 | 838 | |

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