In the present work, we show that spermine (spm)-induced cytotoxicity is due to the mitochondrial-dependent pathway triggered by the intracellular $Ca^{2+}$ increase in MCF-7 human breast cancer cells. Spm induced the intracellular $Ca^{2+}$ increase in a dose-dependent manner in the medium containing 1.5 mM $Ca^{2+}$. Even in the $Ca^{2+}$-free medium, spm could induce a minor $Ca^{2+}$ increase in a dose-dependent fashion, suggesting a probable leak from the internal storage. The cytotoxic effect of $Ca^{2+}$ could be further proved by using either BAPTA or ionophore. Spm-induced $Ca^{2+}$ increase led to the release of cytochrome c from mitochondria into the cytosol and the change of mitochondrial membrane potential. In MCF-7 cells, caspase-7 plays a key role in the downstream of apoptosis because caspase-3 is absent. In the cells treated with spm, the cleavage of caspase-7 and -12 was increased almost two-fold. The level of anti-apoptotic Bcl-2 protein decreased to 35% of the control; however, the cells showed increased expression of pro-apoptotic Bax protein about two-fold in response to spm. These results imply that the apoptotic signaling pathway activated by spm is likely to be mediated via the mitochondrial-dependent pathway.
Loutfy, Samah A;Al-Ansary, Nadia A;Abdel-Ghani, Nour T;Hamed, Ahmed R;Mohamed, Mona B;Craik, James D;Eldin, Taher A. Salah;Abdellah, Ahmed M;Hussein, Yassmein;Hasanin, MTM;Elbehairi, Serag Eldin I
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.16
no.14
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pp.6039-6046
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2015
Aims: To investigate effect of metallic nanoparticles, silver (AgNPs) and gold nanoparticles (AuNPs) as antitumor treatment in vitro against human breast cancer cells (MCF-7) and their associated mechanisms. This could provide new class of engineered nanoparticles with desired physicochemical properties and may present newer approaches for therapeutic modalities to breast cancer in women. Materials and Methods: A human breast cancer cell line (MCF-7) was used as a model of cells. Metallic nanoparticles were characterized using UV-visible spectra and transmission electron microscopy (TEM). Cytotoxic effects of metallic nanoparticles on MCF-7 cells were followed by colorimetric SRB cell viability assays, microscopy, and cellular uptake. Nature of cell death was further investigated by DNA analysis and flow cytometry. Results: Treatment of MCF-7 with different concentrations of 5-10nm diameter of AgNPs inhibited cell viability in a dose-dependent manner, with IC50 value of $6.28{\mu}M$, whereas treatment of MCF-7 with different concentrations of 13-15nm diameter of AuNPs inhibited cell viability in a dose-dependent manner, with IC50 value of $14.48{\mu}M$. Treatment of cells with a IC50 concentration of AgNPs generated progressive accumulation of cells in the S phase of the cell cycle and prevented entry into the M phase. The treatment of cells with IC50 concentrations of AuNPs similarly generated progressive accumulation of cells in sub-G1 and S phase, and inhibited the entrance of cells into the M phase of the cell cycle. DNA fragmentation, as demonstrated by electrophoresis, indicated induction of apoptosis. Conclusions: Our engineered silver nanoparticles effectively inhibit the proliferation of human breast carcinoma cell line MCF-7 in vitro at high concentration ($1000{\mu}M$) through apoptotic mechanisms, and may be a beneficial agent against human carcinoma but further detailed study is still needed.
Background: The consequence of Rho GDP dissociation inhibitor alpha (RhoGDI${\alpha}$) activity on migration and invasion of estrogen receptor positive ($ER^+$) and negative ($ER^-$) breast cancer cells has not been studied using the proteomic approach. Changes in expression of RhoGDI${\alpha}$ and other proteins interacting directly or indirectly with RhoGDI${\alpha}$ in MCF7 and MDA-MB-231, with different metastatic potentials is of particular interest. Materials and Methods: $ER^+$ MCF7 and ER- MDA-MB-231 cell lines were subjected to two-dimensional electrophoresis (2-DE) and spots of interest were identified by matrix-assisted laser desorption/ionization time of- flight/time-of-flight (MALDI-TOF/TOF) mass spectrometry (MS) analysis after downregulation of RhoGDI${\alpha}$ using short interfering RNA (siRNA) and upregulated using GFP-tagged ORF clone of RhoGDI${\alpha}$. Results: The results showed a total of 35 proteins that were either up- or down-regulated in these cells. Here we identifed 9 and 15 proteins differentially expressed with silencing of RhoGDI${\alpha}$ in MCF-7 and the MDA-MB-231 cells, respectively. In addition, 10 proteins were differentially expressed in the upregulation of RhoGDI${\alpha}$ in MCF7, while only one protein was identified in the upregulation of RhoGDI${\alpha}$ in MDA-MB-231. Based on the biological functions of these proteins, the results revealed that proteins involved in cell migration are more strongly altered with RhoGDI-${\alpha}$ activity. Although several of these proteins have been previously indicated in tumorigenesis and invasiveness of breast cancer cells, some ohave not been previously reported to be involved in breast cancer migration. Hence, these proteins may serve as useful candidate biomarkers for tumorigenesis and invasiveness of breast cancer cells. Conclusions: Future studies are needed to determine the mechanisms by which these proteins regulate cell migration. The combination of RhoGDI${\alpha}$ with other potential biomarkers may be a more promising approach in the inhibition of breast cancer cell migration.
Chu, Xiao Ting;Cruz, Joseph Dela;Hwang, Seong Gu;Hong, Heeok
Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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v.15
no.13
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pp.5117-5121
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2014
Endocrine-disrupting chemicals (EDCs) have been reported to interfere with estrogen signaling. Exposure to these chemicals decreases the immune response and causes a wide range of diseases in animals and humans. Recently, many studies showed that licorice (Glycyrrhiza glabra) root extract (LRE) commonly called "gamcho" in Korea exhibits antioxidative, chemoprotective, and detoxifying properties. This study aimed to investigate the mechanism of action of LRE and to determine if and how LRE can alleviate the toxicity of EDCs. LRE was prepared by vacuum evaporation and freeze-drying after homogenization of licorice root powder that was soaked in 80% ethanol for 72 h. We used 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioxin (TCDD) as an EDC, which is known to induce tumors or cancers; MCF-7 breast cancer cells were used as a tumorigenic model. These were treated with TCDD and various concentrations of LRE (0, 50, 100, 200, $400{\mu}g/mL$) for 24, 48, and 72 h. As a result, TCDD stimulated MCF-7 cell proliferation, but LRE significantly inhibited TCDD-induced MCF-7 cell proliferation in a dose- and time-dependent manner. Expression of TCDD toxicity-related genes, i.e., aryl hydrocarbon receptor (AhR), AhR nuclear translocator, and cytochrome P450 1A1, were subsequently down-regulated by LRE in a dose-dependent manner. Analysis of cell cycle distribution after treatment of MCF-7 cells with TCDD and various concentrations of LRE showed that LRE inhibited the proliferation of MCF-7 cells via G2/M phase arrest. Reverse transcription-polymerase chain reaction and Western blot analyses also revealed that LRE dose-dependently increased the expression of the tumor suppressor genes p53 and p27 and down-regulated the expression of cell cycle-related genes. These data suggest that LRE can mitigate the tumorigenic effects of TCDD in breast cancer cells by suppression of AhR expression and cell cycle arrest. Thus, LRE can be used as a potential toxicity-alleviating agent against EDC-mediated disease.
Many studies have been widely carried out to find out new compound having anti-cancer activity from animals and plants. Some plants have been reported to have anti-lancer effects. However, the anti-cancer effect of edible plants were seldomly evaluated. Therefore we investigated the anticancer effects of edible plants (10 samples) easily available around us by measuring number of survival cancer cells after treatment with direct cell counting and MTT analysis, and by examining the morphological change under the electromicroscope. Of the 10 samples tested, Equisetum arvense L., Lactuca dentata Mokino. var. faviflora Makino. showed moderate anti-cancer effects even at the concentration of 10 $\mul/ml$ against MCF-7 adenocarcinoma cell line. Of them, Capsicum annuum L. had most potent anti-cancer activity against MCF-7 adenocarcinoma cell line showing proliferation inhibited, morphological change and apoptosis at the concentration of 2 $\mul/ml$.
Lee, Ha-Na;Jin, Hyeon-Ok;Park, Jin-Ah;Kim, Jin-Hee;Kim, Ji-Young;Kim, BoRa;Kim, Wonki;Hong, Sung-Eun;Lee, Yun-Han;Chang, Yoon Hwan;Hong, Seok-Il;Hong, Young Jun;Park, In-Chul;Surh, Young-Joon;Lee, Jin Kyung
Molecules and Cells
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v.38
no.4
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pp.327-335
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2015
Piperlongumine, a natural alkaloid isolated from the long pepper, selectively increases reactive oxygen species production and apoptotic cell death in cancer cells but not in normal cells. However, the molecular mechanism underlying piperlongumine-induced selective killing of cancer cells remains unclear. In the present study, we observed that human breast cancer MCF-7 cells are sensitive to piperlongumine-induced apoptosis relative to human MCF-10A breast epithelial cells. Interestingly, this opposing effect of piperlongumine appears to be mediated by heme oxygenase-1 (HO-1). Piperlongumine upregulated HO-1 expression through the activation of nuclear factor-erythroid-2-related factor-2 (Nrf2) signaling in both MCF-7 and MCF-10A cells. However, knockdown of HO-1 expression and pharmacological inhibition of its activity abolished the ability of piperlongumine to induce apoptosis in MCF-7 cells, whereas those promoted apoptosis in MCF-10A cells, indicating that HO-1 has anti-tumor functions in cancer cells but cytoprotective functions in normal cells. Moreover, it was found that piperlongumine-induced Nrf2 activation, HO-1 expression and cancer cell apoptosis are not dependent on the generation of reactive oxygen species. Instead, piperlongumine, which bears electrophilic ${\alpha},{\beta}$-unsaturated carbonyl groups, appears to inactivate Kelch-like ECH-associated protein-1 (Keap1) through thiol modification, thereby activating the Nrf2/HO-1 pathway and subsequently upregulating HO-1 expression, which accounts for piperlongumine-induced apoptosis in cancer cells. Taken together, these findings suggest that direct interaction of piperlongumine with Keap1 leads to the upregulation of Nrf2-mediated HO-1 expression, and HO-1 determines the differential response of breast normal cells and cancer cells to piperlongumine.
The tumor necrosis, factor-related, apoptosis-inducing ligand (TRAIL) is regarded as a potentially useful anticancer agent with excellent selectivity for cancer cells. However, a considerable number of cancer cells are resistant to apoptosis induction by TRAIL. Developing strategies to overcome this resistance are important for the successful use of TRAIL for cancer therapy. Here, we revealed that siRNA-mediated downregulation of SIRT1 or SIRT1 inhibitor Amurensin G upregulated DR5 and c-Myc and downregulated c-$FLIP_{L/S}$ and Mcl-1, which was associated with sensitization of TRAIL-resistant MCF-7 cells to TRAIL. This result was followed by the activation of caspases, PARP cleavage, and downregulation of Bcl-2 in both TRAIL-treated MCF-7 cells transfected with SIRT1 siRNA and cells co-treated with Amurensin G and TRAIL. Our results suggest that the induction of DR5 and downregulation of c-FLIP via suppression of SIRT1 expression may be a useful strategy to increase the susceptibility of TRAIL-resistant cancer cells to TRAIL-induced cell death.
Jokar, Fereshte;Mahabadi, Javad Amini;Salimian, Morteza;Taherian, Aliakbar;Hayat, Seyyed Mohammad Gheibi;Sahebkar, Amirhossein;Atlasi, Mohammad Ali
Journal of Pharmacopuncture
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v.22
no.1
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pp.28-34
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2019
Background: Breast cancer is a complex, heterogeneous disease and one of the most common malignancies in women worldwide. The efficacy of chemotherapy as an important breast cancer treatment option has been severely limited because of the inherent or acquired resistance of cancer cells. The molecular chaperone heat shock protein 90 (HSP90) upregulated in response to cellular stress is required for functions such as conformational maturation, activation and stability in more than 200 client proteins, mostly of the signaling type. In this study, the expression of HSP90 isoforms including $HSP90{\alpha}$ and $HSP90{\beta}$ in breast cancer cell lines before and after treatment with doxorubicin (DOX) was assessed. Material and Methods: The cell cytotoxicity of DOX in MDA-MB-231 and MCF-7 cell lines was determined using the MTT assay. immunofluorescence and western blotting techniques were used to determine the expression of $HSP90{\beta}$ in the cell lines before and after DOX treatment. Immunofluorescence was also conducted to ascertain the expression of $HSP90{\alpha}$. Results: The MTT assay results showed that the MDA-MB-231 cells ($IC_{50}=14.521{\mu}M$) were more sensitive than the MCF-7 cells ($IC_{50}=16.3315{\mu}M$) to DOX. The immunofluorescence results indicated that the expression of $HSP90{\alpha}$ in both cell lines decreased after exposure to DOX. The western blot and immunofluorescence analyses showed that $HSP90{\beta}$ expression decreased in the MCF-7 cells but increased in the MDA-MB-231 cells after DOX treatment. Conclusion: The obtained results suggested that $HSP90{\alpha}$ and $HSP90{\beta}$ expression levels were reduced in the MCF-7 cells after exposure to DOX. In the MDA-MB-231 cells, $HSP90{\alpha}$ expression was reduced while $HSP90{\beta}$ was found to be overexpressed following DOX treatment.
Kim, Min-Jae;Kim, Hyeon-Ji;Kim, Moo-Gyeong;Lee, Sung-Ho;Jeon, Byeong-Gyun
Journal of Life Science
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v.31
no.3
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pp.266-279
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2021
The present study examined the cytotoxic effects of a Smilax china L. extract (SCLE) in human cancer (A-549, MCF-7, MDA-MB-231, U87-MG, AGS, MKN-74, and SNU-601) and normal MRC-5 fibroblasts, as well as in mesenchymal stem cells derived from dental tissue (DSC). The 50% inhibitory concentration (IC50) values for SCLE were significantly (p<0.05) lower in the cancer cell lines (A-549, MCF-7, MDA-MB-231, U87-MG, AGS, MKN-74 and SNU-601) than in the MRC-5 and DSC cells. Cell growth was significantly (p<0.05) more inhibited in the cancer cell lines treated with 200 ㎍/ml SCLE than in the normal MRC-5 and DSC, and anoikis-like floating cell morphology was observed in the SCLE-treated cancer cells. The cells detached by SCLE treatment were retrieved daily and assayed for viability and telomerase activity. Cells retrieved at 4 days showed significantly decreased viability and telomerase activity (p<0.05), as well as apoptosis-like abnormal morphology, when compared to cells retrieved in the previous 3 days. The ratio of apoptosis and cells in the G1 phase was significantly (p<0.05) increased in the A-549, AGS, and MCF-7 cancer cells treated with SCLE for 4 days compared to untreated controls. However, after SCLE treatment, cell adhesion was not increased by application of an inhibitor of the associated protein kinase (ROCK) that mainly contributes to the increase in cell attachment. This suggests that the cellular detachment by SCLE is probably controlled by a Rho-independent mechanism(s). These observations indicate that SCLE readily induces anoikis in cancer cells and could serve as a potent agent for cancer chemotherapy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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