MOLECULAR MECHANISM OF ACTION OF NEW 1,4-NAPHTHOQUINONES TETHERED TO 1,2,3-1H-TRIAZOLES WITH CYTOTOXIC AND SELECTIVE EFFECT AGAINST ORAL SQUAMOUS CELL CARCINOMA

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Details
  • Presentation type: PD - PostDoctoral
  • Track: Drugs and/or Natural Products Therapy
  • Keywords: OSCC; cytotoxicity; Selectivity; Acute toxicity; apoptosis;
  • 1 Universidade Federal Fluminense
  • 2 Instituto de Química / Universidade Federal Fluminense
  • 3 Universidade Federal do Rio de Janeiro

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Abstract

INTRODUCTION AND OBJECTIVES: The oral squamous cell carcinoma (OSCC) stands out as a public health problem due to its high incidence and low survival rate, despite advances in diagnosis and treatment. Therefore, the development of new drugs is urgent. Naphthoquinones are an important class of natural products or synthetic compounds with cytotoxic effect demonstrated on different cancer types. In the present study, thirty-five 1,4-naphthoquinones tethered to 1,2,3-1H-triazoles were synthesized and the antitumor activity and molecular mechanisms were evaluated. MATERIAL AND METHODS: Cell viability, compound stability, clonogenic and selective index (SI) determination assays were performed by MTT. The IC50 was calculated by a non-linear regression curve in the GraphPad Prism 5 program. Hemolytic assay was performed to discard any effects of surfactant activity of the compounds. For the acute toxicological testing, the compounds were administered intraperitoneally in C56BL/6 mice at different concentrations and their effect was observed along 14 days. The release of reactive oxygen species (ROS) was investigated by DHR123 labeling. DNA biding of the compounds was assessed using isothermal titration calorimetry. Microtubule instability was analyzed by the staining of α–tubulin. Pyknotic nuclei and caspase-3 analysis were performed to evaluate the type of cell death. A possible molecular mechanism for compounds action was investigated using binding in silico technique. RESULTS AND CONCLUSION: Compounds 16a, 16b and 16g were able to induce cytotoxicity in three different tumor cell lines of human OSCC (SCC4, SCC9 and SCC25) and were more toxic and selective to tumor cells (SI > 2) than classical and chemically similar controls (Carboplatin and Lapachol). Compound 16g showed the higher SI value. Besides, these compounds significantly reduced colony formation of SCC9 cells. Hemolytic assay using compounds at high concentrations showed none exhibited hemolysis higher than 5%, similar to controls. In vivo acute toxicity study showed that 16g was the only compound with no apparent limiting toxic effects on mice. Thus, the investigation of cell death mechanisms was conducted with this compound. 16g does not trigger ROS production nor binds to DNA. On the other hand, compound 16g induced microtubule disorganization, and molecular modeling studies suggest a potential mechanism of action related to inhibition of topoisomerases and/or hPKM2 activities. Cell morphology, pyknotic nuclei presence, cleaved caspase-3 staining and viability assays using caspase-3 inhibitors demonstrate compound 16g induced cell death through apoptosis. Among the 35 synthesized triazole naphthoquinones, compound 16g was the most effective compound against OSCC cells, presenting high cytotoxicity (~ 35 µM), selectivity (SI ~ 6) and low acute toxicity on animals, and therefore might be considered for future cancer therapy.

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Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Bom dia Luciana,

Este câncer possui como importantes fatores de risco o tabagismo e consumo de álcool. Como esses são hábitos mais praticados por homens, acredito que isso responda à sua pergunta.

À disposição para qualquer nova dúvida!

Anna.

Luciana Souza de Paiva

Bom dia Anna! Obrigada pela sua resposta. A minha curiosidade era em relação à existência de algum fator hormonal que também pudesse influenciar. Você sabe algo sobre isso?

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Desconheço algo nesse sentido, Luciana.

Luciana Souza de Paiva

Ok Anna! Novamente, parabéns pelo trabalho!

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Obrigada.

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Boa tarde Angélica,

Obrigada! Nós utilizamos nos ensaios de viabilidade os inibidores de pan-caspase (ZVAD) e de caspase-3 (ZDEVD).

Segue o link do trabalho já publicado, caso interesse: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045206820312815?via%3Dihub

À disposição para qualquer nova dúvida! 

Anna.

Angélica Lauria

Obrigada pelo link, Anna!

Luciana Souza de Paiva

Boa tarde Anna,

Por que você escolheu a linhagem C57Bl/6 para seus ensaios in vivo? Qual o sexo dos animais? Quais os parâmetros clínicos você avaliou nesses animais?

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Boa tarde Luciana,

Nós utilizamos C57Bl/6 porque o modelo que temos para indução de câncer de boca com o carcinógeno 4NQO (próximo passo) já está bem demonstrado nessa linhagem. Não funciona, por exemplo, em Balb/c (tentamos e não induziu).

Utilizamos animais fêmeas. Os sintomas de morbidade foram analisados diariamente, duas vezes ao dia e foram considerados: tremores; convulsão; salivação; Diarréia; letargia; coma; sinais de dor; defeito de mobilidade. A necropsia macroscópica foi feita nos seguintes órgãos: fígado, timo, rim direito, testículo direito, coração, linfonodos principais e pulmão. A histopatologia do pulmão, rim, coração, fígado e baço foi realizada por uma patologista colaboradora.

Anna.

Luciana Souza de Paiva

Oi Anna. Entendi. É realmente um trabalho bem completo! Mais uma vez te parabenizo e desejo sucesso!

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Obrigada!

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Opa, Angélica e não Luciana! Desculpe, chegou errado o nome no meu email e não confirmei quando abri aqui.

Author

Anna Carolina Carvalho da Fonseca

Boa tarde, Dra. Mariana.

Primeiramente, obrigada.

Sobre as questões que levantou, as naftoquinonas são moléculas muito simples e existem quimioterápicos já aprovados e em uso na clínica, como por exemplo a Doxorrubicina, que é usada para câncer de mama, linfomas, leucemia e sarcoma, entre outros.

As naftoquinonas que utilizamos no trabalho são inéditas e, portanto, nunca foram utilizadas para nenhum outro tipo de câncer, somente para o câncer de boca. Dessa forma, não temos um comparativo na literatura.

Nos nossos resultados, observamos que o composto 16g apresenta um índice de seletividade médio significativamente maior (6,01) do que a Doxorrubicina (3,39) e extremamente mais alto que a Carboplatina (1,37), quimioterápico usado na clínica para o câncer de boca. 

Acreditamos que a citotoxicidade, nesse caso, não é tão relevante já que uma molécula idealmente deve ser seletiva para ser usada como droga; ou seja, ela deve induzir mais a morte em células tumorais do que em células normais. Isso, claro, visando minimizar efeitos colaterais. 

À disposição para qualquer novo esclarecimento.

Anna.

 

Mariana Emerenciano

Muito obrigada Anna