Combinatory effect of 3-bromopyruvic acid and curcumin on colorectal cancer

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is the third common cancer type in both males and females inTurkey. One of the hallmarks of cancer states that cancer cells reprogram their energymetabolism, known as aerobic glycolysis, to fuel cell division and growth by producinglactate even in the presence of oxygen. Therefore, regulation of glycolysis plays a crucialrole in cancer therapies. 3-bromopyruvate (3BP) causes the suppression of the glycolyticenzyme hexokinase II (HKII), results in low levels of ATP and cell death in cells. Curcumin(CUR) affects different types of cancers such as liver, skin, breast, kidney, hepatocellularcarcinoma, and colorectal through apoptotic cell death. In this study, we aimed to reveal theeffects of 3BP and CUR combination treatment (COT) on cellular, glycolytic, andmitochondrial metabolism in HCT116, colorectal cancer cell line. First, we revealed COTinhibits cell proliferation by 32 percent compared to each treatment alone. Cell deathmechanism analysis showed that COT doubled late apoptotic cell number. The analysis with2',7'–dichlorofluorescein diacetate fluorogenic dye to measure the generation of reactiveoxygen species increased upon COT by 90 percent. Then, mitochondrial membrane potentialby Rhodamine 123 dye and mitochondrial mass by Mitotracker Green FM dye were analyzedwhich was found as decreased by COT treatment to 35 and 36 percent, respectively. Also,alterations in protein expressions of mitochondrial OXPHOS complexes were determinedby immunoblotting which revealed that Complex III (cytochrome bc1) and Complex II(succinate dehydrogenase) protein expression levels were decreased by 21 and 32 percent.Lastly, glycolytic metabolism was investigated by analyzing LDH-A protein expressions byimmunoblotting which was decreased LDH-A levels to 36 percent upon COT. According tothe obtained results, 3BP and CUR combination might be a potential therapeutic agent forcolorectal cancer by limiting both glycolysis and OXPHOS bioenergetic pathways.

Kolorektal kanser (CRC), Türkiye'de hem erkeklerde hem de kadınlarda görülen üçüncüyaygın kanser türüdür. Kanserin ayırt edici özelliklerinden biri, kanser hücrelerinin, aerobikglikoliz olarak bilinen enerji metabolizmalarını, oksijen varlığında bile laktat üreterek yakıthücresi bölünmesini ve büyümesini yeniden programladığını belirtir. Bu nedenle, glikolizindüzenlenmesi kanser tedavilerinde çok önemli bir rol oynar. 3-bromopiruvat (3BP),glikolitik enzim hekzokinaz II'nin (HKII) inhibisyonuna neden olur ve böylelikle hücrelerdedüşük ATP seviyeleri ve hücre ölümü ile sonuçlanır. Kurkumin (CUR), apoptotik hücreölümü yoluyla karaciğer, deri, meme, böbrek, hepatoselüler karsinom ve kolorektal gibifarklı kanser türlerini etkiler. Bu çalışmada, HCT116, kolorektal kanser hücre hattında 3BPve CUR kombinasyon tedavisinin (COT) hücresel, glikolitik ve mitokondriyal metabolizmaüzerindeki etkilerini ortaya koymayı amaçladık. İlk olarak, COT'un diğer tedavilere kıyaslahücre çoğalmasını yüzde 32 oranında engellediğini ortaya çıkardık. Hücre ölümmekanizması analizi, COT'nin hücrelerde yüzde 99 geç apoptoza yol açtığını gösterdi.Reaktif oksijen türlerinin üretim hızını ölçmek için 2', 7'-dikloroflüoresein diasetat florojenikboya ile yapılan analiz, COT üzerinde yüzde 90 oranında artmıştır. Daha sonra Rhodamine123 boyası ile mitokondriyal membran potansiyeli ve Mitotracker Green FM boyası ilemitokondriyal kütle analiz edildi ve COT tedavisi ile sırasıyla yüzde 35 ve 36'ya düşürüldü.Ayrıca, mitokondriyal OXPHOS komplekslerinindeki değişiklikler, Kompleks III (sitokrombc1) ve Kompleks II (süksinat dehidrojenaz) protein ekspresyon seviyelerinin yüzde 21 ve32 oranında azaldığını gösteren immünoblotlama ile belirlendi. Son olarak glikolitikmetabolizma, LDH-A protein ekspresyonlarının COT ile yüzde 36'ya düşürüldüğüimmünoblotlama ile analiz edilerek araştırıldı. Elde edilen sonuçlara göre, 3BP ve CURkombinasyonu, hem glikolizi hem de OXPHOS biyoenerjetik yollarını sınırlandırarakkolorektal kanser için potansiyel bir terapötik olabilir