Benzimidazole anthelmintic agents have been recently repurposed to overcome cancers resistant to conventional therapies. To evaluate the anti-cancer effects of benzimidazole on resistant cells, various cell death pathways were investigated in 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer cells. The viability of wild-type and 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 colorectal cancer cells was assayed, followed by Western blotting. Flow cytometry assays for cell death and cell cycle was also performed to analyze the anti-cancer effects of benzimidazole. When compared with albendazole, fenbendazole showed higher susceptibility to 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 cells and was used in subsequent experiments. Flow cytometry revealed that fenbendazole significantly induces apoptosis as well as cell cycle arrest at G2/M phase on both cells. When compared with wild-type SNU-C5 cells, 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 cells showed reduced autophagy, increased ferroptosis and ferroptosis-augmented apoptosis, and less activation of caspase-8 and p53. These results suggest that fenbendazole may be a potential alternative treatment in 5-fluorouracil-resistant cancer cells, and the anticancer activity of fenbendazole does not require p53 in 5-fluorouracil-resistant SNU-C5 cells.
Piao, Mei Jing;Han, Xia;Kang, Kyoung Ah;Fernando, Pincha Devage Sameera Madushan;Herath, Herath Mudiyanselage Udari Lakmini;Hyun, Jin Won
Biomolecules & Therapeutics
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v.30
no.3
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pp.265-273
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2022
Resistance to chemotherapeutic drugs is a significant problem in the treatment of colorectal cancer, resulting in low response rates and decreased survival. Recent studies have shown that shikonin, a naphthoquinone derivative, promotes apoptosis in colon cancer cells and cisplatin-resistant ovarian cells, raising the possibility that this compound may be effective in drug-resistant colorectal cancer. The aim of this study was to characterize the molecular mechanisms underpinning shikonin-induced apoptosis, with a focus on endoplasmic reticulum (ER) stress, in a 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer cell line, SNU-C5/5-FUR. Our results showed that shikonin significantly increased the proportion of sub-G1 cells and DNA fragmentation and that shikonin-induced apoptosis is mediated by mitochondrial Ca2+ accumulation. Shikonin treatment also increased the expression of ER-related proteins, such as glucose regulatory protein 78 (GRP78), phospho-protein kinase RNA-like ER kinase (PERK), phospho-eukaryotic initiation factor 2 (eIF2α), phospho-phosphoinositol-requiring protein-1 (IRE1), spliced X-box-binding protein-1 (XBP-1), cleaved caspase-12, and C/EBP-homologous protein (CHOP). In addition, siRNA-mediated knockdown of CHOP attenuated shikonin-induced apoptosis, as did the ER stress inhibitor TUDCA. These data suggest that ER stress is a key factor mediating the cytotoxic effect of shikonin in SNU-C5/5-FUR cells. Our findings provide an evidence for a mechanism in which ER stress leads to apoptosis in shikonin-treated SNU-C5/5-FUR cells. Our study provides evidence to support further investigations on shikonin as a therapeutic option for 5-fluorouracil-resistant colorectal cancer.
Colorectal cancer (CRC) is the third most common cancer in the world. Although 5-fluorouracil (5-FU) is the representative chemotherapy drug for colorectal cancer, it has therapeutic limits due to its chemoresistant characteristics. Colorectal cancer cells can develop into cancer stem cells (CSCs) with self-renewal potential, thereby causing malignant tumors. The human gastrointestinal tract contains a complex gut microbiota that is essential for the host's homeostasis. Recently, many studies have reported correlations between gut flora and the onset, progression, and treatment of CRC. The present study confirms that the most representative symbiotic bacteria in humans, Lactobacillus plantarum (LP) supernatant (SN), selectively inhibit the characteristics of 5-FU-resistant colorectal cancer cells (HT-29 and HCT-116). LP SN inhibited the expression of the specific markers CD44, 133, 166, and ALDH1 of CSCs. The combination therapy of LP SN and 5-FU inhibited the survival of CRCs and led to cell death by inducing caspase-3 activity. The combination therapy of LP SN and 5-FU induced an anticancer mechanism by inactivating the Wnt/β-catenin signaling of chemoresistant CRC cells, and reducing the formation and size of colonospheres. In conclusion, our results show that LP SN can enhance the therapeutic effect of 5-FU for colon cancer, and reduce colorectal cancer stem-like cells by reversing the development of resistance to anticancer drugs. This implies that probiotic substances may be useful therapeutic alternatives as biotherapeutics for chemoresistant CRC.
Pyrimidine antagonists including 5-Fluorouracil (5-FU) have been used in chemotherapy for cancer patients for over 40 years. 5-FU, especially, is a mainstay treatment for colorectal cancer. It is a pro-drug that is converted to the active drug via the nucleic acid biosynthetic pathway. The metabolites of 5-FU inhibit normal RNA and DNA function, and induce apoptosis of cancer cells. One of the major obstacles to successful chemotherapy is the resistance of cancer cells to anti-cancer drugs. Therefore, it is important to elucidate resistance mechanisms to improve the efficacy of chemotherapy. We have used C. elegans as a model system to investigate the mechanism of resistance to 5-FU, which induces germ cell death and inhibits larval development in C. elegans. We screened 5-FU resistant mutants no longer arrested as larvae by 5-FU. We obtained 18 mutants out of 72,000 F1 individuals screened, and mapped them into three complementation groups. We propose that C. elegans could be a useful model system for studying mechanisms of resistance to anti-cancer drugs.
Anti-cancer drug resistance is a major problem in colorectal cancer (CRC) research. Although several studies have revealed the mechanism of cancer drug resistance, molecular targets for chemotherapeutic combinations remain elusive. To address this issue, we focused on the expression of cellular prion protein ($PrP^C$) in 5-FU-resistant CRC cells. In 5-FU-resistant CRC cells, $PrP^C$ expression is significantly increased, compared with that in normal CRC cells. In the presence of 5-FU, $PrP^C$ increased CRC cell survival and proliferation by maintaining the activation of the PI3K-Akt signaling pathway and the expression of cell cycle-associated proteins, including cyclin E, CDK2, cyclin D1, and CDK4. In addition, $PrP^C$ inhibited the activation of the stress-associated proteins p38, JNK, and p53. Moreover, after treatment of 5-FU-resistant CRC cells with 5-FU, silencing of $PrP^C$ triggered apoptosis via the activation of caspase-3. These results indicate that $PrP^C$ plays a key role in CRC drug resistance. The novel strategy of combining chemotherapy with $PrP^C$ targeting may yield efficacious treatments of colorectal cancer.
5-fluorouracil (5-FU) is a chemotherapeutic agent commonly used for treatment of solid tumors, including colorectal cancer. However, chemoresistance against 5-fluorouracil (5-FU) often limits its success for chemotherapy and, therefore, finding out appropriate adjuvant(s) that might overcome chemoresistance against 5-FU bears a significant importance. In the present study, we have found that ${\alpha}$-mangostin can sensitize 5-FU-resistant SNUC5/5-FUR colon cancer cells to apoptosis. Exposure of ${\alpha}$-mangostin induced significant DNA damages and increased the intracellular 8-hydroxyguanosine (8-OH-G) and 4-hydroxynonenal (4-HNE) levels in SNUC5 and SNUC5/5-FUR cells. Western blot analysis illustrated that ${\alpha}$-mangostin-induced apoptosis was mediated by the activation of the extrinsic and intrinsic pathways in SNUC5/5-FUR cells. In particular, we observed that Fas receptor (FasR) level was lower in SNUC5/5-FUR cells, compared with SNUC5 cells and that silencing FasR attenuated ${\alpha}$-mangostin-mediated apoptosis in SNUC5/5-FUR cells. Together, our study illustrates that ${\alpha}$-mangostin might be an efficient apoptosis sensitizer that can overcome chemoresistance against 5-FU by activating apoptosis pathway.
Kim, Eun-Ji;Kang, Jung Il;Tung, Nguyen-Huu;Kim, Young-Ho;Hyun, Jin Won;Koh, Young Sang;Chang, Weon-Young;Yoo, Eun Sook;Kang, Hee-Kyoung
Biomolecules & Therapeutics
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v.24
no.6
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pp.623-629
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2016
(1S,2S,3E,7E,11E)-3,7,11,15-cembratetraen-17,2-olide (LS-1), a marine cembrenolide diterpene, has anticancer activity against colon cancer cells such as HT-29, SNU-C5/5-FU (fluorouracil-resistant SNU-C5) and SNU-C5. However, the action mechanism of LS-1 on SNU-C5 human colon cancer cells has not been fully elucidated. In this study, we investigated whether the anticancer effect of LS-1could result from apoptosis via the modulation of $Wnt/{\beta}$-catenin and the TGF-${\beta}$ pathways. When treated with the LS-1, we could observe the apoptotic characteristics such as apoptotic bodies and the increase of sub-G1 hypodiploid cell population, increase of Bax level, decrease of Bcl-2 expression, cleavage of procaspase-3 and cleavage of poly (ADP-ribose) polymerase in SNU-C5 cells. Furthermore, the apoptosis induction of SNU-C5 cells upon LS-1 treatment was also accompanied by the down-regulation of $Wnt/{\beta}$-catenin signaling pathway via the decrease of GSK-$3{\beta}$ phosphorylation followed by the decrease of ${\beta}$-catenin level. In addition, the LS-1 induced the activation of TGF-${\beta}$ signaling pathway with the decrease of carcinoembryonic antigen which leads to decrease of c-Myc, an oncoprotein. These data suggest that the LS-1 could induce the apoptosis via the down-regulation of $Wnt/{\beta}$-catenin pathway and the activation of TGF-${\beta}$ pathway in SNU-C5 human colon cancer cells. The results support that the LS-1 might have potential for the treatment of human colon cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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