Document Type : Research Paper
Authors
1 University of Tehran
2 Islamic Azad University North Tehran Branch
Abstract
In this study, induction of death autophagy in the presence of quercetin was investigated in MCF-7 cells. At first, the effective dose of quercetin, resulting in 50 percent death in cellular population (LC50), was determined as 220 M using MTT assay. Ascertaining of the main type of cellular death was carried out using flow cytometry and its usual probes including Annexin-FITC and PI. Accordingly, the main type of cellular death mechanism in quercetin treatment was apoptosis with total percent value of 54%.
Determination of effective mechanisms for cell death induction was performed using real time RT-PCR. Selected apoptotic genes in this study were p53, Bax, Bcl-2, Casp-3. Significant decrease in Bcl-2 expression, with respect to its anti-apoptotic effects, showed that the breast cancer cells were being sensitized for apoptosis in the presence of quercetin. Increasing the Bax/Bcl-2 ratio shows that, despite of the constant expression of Bax gene, the increased sensitivity of the cells for apoptosis is occurred via decreasing of the expression level of Bcl-2 gene.
Study of quercetin effects for autophagy induction was carried out after nominating of mTOR, LC3, Beclin1 and DRAM genes and analysing their expression variations in the presence of quercetin. Decreased expression of mTOR alongside rigorous increase in LC3 expression totally supports autophagy induction. This notion was also confirmed by LC3II antibody and immunocytochemistry investigations. Our results showed that quercetin is able to induce death autophagy to kill breast cancer cells.
Keywords
Main Subjects
مطالعهی القای اتوفاژی و مرگ سلولی در سلولهای MCF-7 در حضور کوئرستین
شاهرخ صفریان1* و آی سان عرفانی2
1 ایران، تهران، دانشگاه تهران، پردیس علوم، دانشکده زیستشناسی، گروه علوم سلولی و مولکولی
2 ایران، تهران، دانشگاه آزاد اسلامی ایران واحد تهران شمال، دانشکده علوم زیستی
تاریخ دریافت: 06/04/1400 تاریخ پذیرش: 27/08/1400
چکیده
در این مطالعه، امکان وقوع اتوفاژی مرگ در حضور کوئرستین به روی سلولهای MCF-7 مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا غلظت موثر از کوئرستین برای نابودی 50 درصد از سلولها (LC50) با استفاده از روش MTT مشخص و معادل mM 220 تعیین شد. برای تعیین نوع مرگ سلولی از روش فلوسیتومتری و نشانگرهای ویژهی آن شامل Annexin-FITC و PI استفاده گردید. براین اساس، نوع اصلی مرگ سلولی در تیمار سلولها با کوئرستین، آپوپتوز و درصد آن معادل 54% تشخیص داده شد. در روش real time RT-PCR ژنهای p53، Bax، Bcl-2 و casp-3 در رابطه با مسیر آپوپتوز مورد توجه قرار گرفت. مطالعات ما نشان داد که کاهش معنادار مشاهده شده در بیان Bcl-2، با توجه به نقش ضدآپوپتوزی آن، نمایانگر افزایش حساسیت سلولهای سرطانی پستان نسبت به مرگ آپوپتوزی در حضور کوئرستین میباشد. افزایش مقدار عددی مربوط به نسبت Bax/Bcl-2 نشان میدهد که علیرغم ثبات مشاهده شده در بیان ژن Bax، افزایش حساسیت سلولها نسبت به آپوپتوز از طریق کاهش بیان Bcl-2 امکانپذیر میباشد. بمنظور بررسی اثرات کوئرستین در القای مسیر اتوفاژی، ژنهای mTOR، LC3، Beclin-1 و DRAM انتخاب شدند و تغییرات بیان آنها در حضور کوئرستین مورد مطالعه قرار گرفت. کاهش سطح بیان ژن mTOR، در کنار افزایش شدیدی که در بیان LC3 مشاهده میشود، مجموعا وقوع اتوفاژی را باثبات میرساند.این موضوع با استفاده از آنتیبادی LC3II و بهرهگیری از روش ایمونوسیتوشیمی نیز مورد تایید قرار گرفت. یافتههای ما نشان داد که کوئرستین توانایی نابودی سلولهای سرطانی پستان را از طریق اتوفاژی مرگ دارا میباشد.
واژه های کلیدی: کوئرستین، اتوفاژی، آپوپتوز، سرطان پستان، MCF-7
* نویسنده مسئول، تلفن: 61113312 021، پست الکترونیکی: ssafarian@ut.ac.ir
مقدمه
فلاونوئیدها گروهی از پلیفنولهای گیاهی هستند که اثرات زیستی بسیار متنوعی را از خود به نمایش میگذارند. از جمله اثرات مهم فلاونوئیدها میتوان به اثرات پاداکسایشی، ضدالتهابی، ضدجهشزایی و ضدسرطانی آنها اشاره نمود (20، 25، 28، 29، 39، 40، 41، 49، 59). فلاونوئیدها مهمترین گروه از ترکیبات ضدسرطان با منشا گیاهی هستند که اثرات درمانی خود را از طریق توقف در تکثیر سلولی و یا القای آپوپتوز در سلولهای سرطانی ظاهر میسازند (14، 38). کوئرستین نوعی فلاوونوئید با اثرات ضدسرطانی است که به میزان فراوان در چای سبز، چای سیاه، پیاز، اسفناج و بروکلی خام و پوست سیب وجود دارد (23، 37، 44). اثرات ضدسرطانی کوئرستین در سرطانهای مختلف مانند کولون، سر و گردن، پستان، معده و تخمدان گزارش شده است (7، 8، 16، 42، 50، 52، 62). سازوکار کوئرستین در نابودی سلولهای سرطانی بسیار متنوع است (14). بخشی از اثرات ضدسرطانی کوئرستین با جلوگیری از بروز تنشهای اکسایشی بانجام میرسد (15، 21، 22، 32، 58، 60). کوئرستین با رهاسازی p-گلیکوپروتئین سبب افزایش اثرات ضدسرطانی آدریامایسین در سلولهای MCF-7 سرطان سینه میشود (47). کوئرستین میتواند با القای آپوپتوز از گسترش سرطان جلوگیری کند (2، 55، 57، 64، 65). در رابطه با سرطان مثانه گزارش شده است که کوئرستین قادر است با مهار بیان p53 سبب افزایش حساسیت سلولهای سرطانی نسبت به آپوپتوز شود (4).
یکی از سازوکارهای سلولی در رابطه با بروز اثرات ضدسرطانی داروها، القا و راهاندازی مسیر اتوفاژی میباشد (12، ، 35، 54، 56). اتوفاژی یکی از فرایندهای زیستی برای حفظ هموستازی سلولی است که نقش خود را با حذف اندامکهای آسیب دیده (مانند میتوکندریها) و یا پروتئینهای بدتاخورده ایفا میکند (3، 17، 63). مطالعات اخیر نشان داده است که اتوفاژی دارای نقشی دوگانه در مورد گسترش سرطان میباشد. در سرطانهای پیشرفته، اتوفاژی با تنظیم سوخت و ساز سلولی و همچنین افزایش مقاومت دارویی سبب گسترش سرطان میشود (3، 13). از سوی دیگر، اتوفاژی بواسطهی نقش مهمی که در مهار تنشهای اکسیداتیو دارد از بروز آسیبهای ژنی و ایجاد سرطان جلوگیری میکند (13). عزم سلول در گزینش بین نقش دوگانهی اتوفاژی، بستگی کامل به میزان پیشرفت بیماری دارد به شکلی که در مراحل پیش از سرطانی شدن و یا در مراحل اولیهی بروز سرطان، با ممانعت از ایجاد تنشهای اکسیداتیو، تلاش بیشتری را در جهت جلوگیری از بروز سرطان و یا بدخیمی در سلولهای سرطانی نشان میدهد در حالی که در مراحل پیشرفتهی سرطان، سلولهای سرطانی تلاش میکنند تا با استفاده از اتوفاژی، در جهت گسترش بیشتر بیماری گام بردارند (13). از سوی دیگر، گزارشهای متعددی در رابطه با توانایی کوئرستین در القای اتوفاژی مرگ در سلولهای سرطانی، از جمله سرطان کولون وجود دارد که میتواند از این طریق سبب مرگ و نابودی سلولهای سرطانی شود (36).
تاکنون گزارش دقیقی در رابطه با نقش کوئرستین در راهاندازی مسیر اتوفاژی مرگ در سلولهای سرطان پستان ارائه نشده که این موضوع بعنوان محور اصلی مطالعه در این پژوهش مورد توجه ما قرار گرفته است.
مواد و روشها
مواد مورد نیاز: رده سلولی مورد استفاده در این مطالعه MCF-7 است که از ردههای سلولی سرطان پستان درانسان میباشد.این رده سلولی از انیسیتو پاستور ایران تهیه و در محیط کشت انتخابی RPMI-1640 (Gibco) همراه با FBS 10 درصد کشت داده شده است.
در این مطالعه از محلول پنی سیلین-استرپتومایسین x100 و محلول (x5)Trypsin – EDTA ساخت شرکت Gibco استفاده شده است. سرم FBS، رنگ PI و کیت سنجش اتوفاژی MAK138Autophagy assay از شرکت Sigma (آمریکا) و کیت آپوپتوز Annexin V از شرکت eBiosciences (آمریکا) تهیه گردید. استخراج total RNA با استفاده از کیت RNX-Plus شرکت سینا کلون (ایران) و ساخت cDNA با استفاده از کیت NG dART RT تولید کمپانی EURx (لهستان) انجام شد. ساخت پرایمرهای لازم برای انجام RT-PCR پس از طراحی در نرمافزار Beacon designer توسط شرکت پیشگام (ایران) صورت گرفت. مطالعات real time RT-PCR با استفاده از کیت RealQ PCR 2x Master Mix Green محصول شرکتAmpliqon (دانمارک) و دستگاه Applied Biosystem (آمریکا) انجام شد.
کشت سلولی: برای کشت سلولها از محیط RPMI-1640 حاوی L- گلوتامین، بیکربنات سدیم و FBS 10% استفاده شده است. سلولها در درون پلیتهای شش خانه در انکوباتور °C37 و تحت شرایط 5% CO2 و رطوبت 90% کشت داده شد و مورد تیمار دارویی قرار گرفت.
آماده سازی دارو و تیمار سلولها: ساخت محلول دارویی، با استفاده از محلول کوئرستین شرکت Biocera (کُره جنوبی) با غلظت ml5μg/50 انجام شد. غلظتهای مورد نظر از دارو در محیط کشت حاوی 10 درصد سرم ساخته و پس از استریل کردن توسط فیلتر غشایی 22/0 میکرون، به چاهک های پلیت شش خانه افزوده گردید.
تعیین درصد زیستایی سلولها با MTT: برای انجام سنجش مرگ و میر سلولی، تعداد 700 هزار سلول به هر چاهک از پلیت شش خانه منتقل و پس از رسیدن به تراکم سلولی 60 درصد، داروی کوئرستین با غلظتهای مورد نظر به چاهکها اضافه گردید. پس از گذشت 48 ساعت، چاهکها از محیط کشت تخلیه و به هر چاهک µl 400 از محلول MTT (mg/ml 20) افزوده شد و پس از 3 ساعت انکوباسیون در دمای °C37، بلورهای فورمازان تولید شده، در ml 2 حلال DMSO حل گردید. برای خوانش جذب نوری، مقدار µl 100 از محلول رنگی بدست آمده، به دستگاه پلیتریدر Rayto (چین) انتقال داده شد.
استخراج RNA: استخراج RNA با استفاده از کیت RNX-Plus Solution For Total RNA Isolation محصول شرکت سینا کلون (ایران) طبق دستورالعمل شرکت سازنده صورت گرفت. بر این اساس، پس از گذشت 48 ساعت، محتویات هر چاهک از پلیت شش خانه پس از جداسازی و شستشوی سلولها، برای استخراج RNA بر روی یخ قرار داده شد.
با توجه به میزان رسوب سلولی، مقدار µl 100-50 از محلول RNX-Plus سرد به روی سلولها ریخته و فروپاشی ساختار غشایی به منظور برونریزی محتویات درون سلولی با استفاده از ورتکس انجام شد. برای جداسازی RNA از µl 40 کلروفرم سرد و انجام سانتریفوژ در rpm 12000 استفاده شد. این کار موجب جداسازی RNA در فاز رویی میشود که میتوان آن را با افزودن ایزوپروپانول سرد رسوب داد.
رسوب RNA پس از شستشو در اتانول %70، در µl 20 آب DEPC حل و بخشی از آن (ml 2) برای ارزیابی کمی و کیفی RNA در دستگاه نانودراپ مورد استفاده قرار گرفت. باقیمانده محلول استخراج شدهی RNA در فریزر °C80- نگهداری شد.
ارزیابی کمی و کیفی RNA: برای کمی کردن و بررسی خلوص RNA از دستگاه نانودراپ استفاده شد و نسبتهای جذبی 260 به 280 و یا 260 به 230 در بازهی 1/0 ± 2 تعیین گردید. ارزیابی کیفی RNA همچنین با استفاده از الکتروفورز بر روی ژل آگارز 5/1 % صورت گرفت.
سنتز cDNA: سنتز cDNA با استفاده از کیت NG dART RT تولید کمپانی EURx (لهستان) در حجم نهایی µl 20 صورت گرفت. نمونههای آماده شده از RNA (mg 1) در حضور پرایمر رندوم هگزامر (ml 1) برای انجام یک چرخهی ساخت، تحت برنامهی دمایی معرفی شده در برگهی دستورالعمل کیت قرار گرفتند. این برنامه دمایی شامل مراحل زیر است: min 10 در دمای C˚25 ، 60 دقیقه در دمای C˚42 و min 10 در دمای C˚70. در پایان، محصول cDNA تا زمان استفاده در فرایند real time RT-PCR، در فریزر C˚20- نگهداری شد.
واکنش real time RT-PCR: real time RT- PCR با استفاده از کیت RealQ PCR 2x Master Mix Green محصول شرکت Ampliqon (دانمارک) محتوی رنگ سایبر گرین و در حجم نهایی ml 10 انجام شد. برای انجام کار، ml 1 محلول cDNA بهمراه ml 1 از مجموع پرایمرهای پیشرو و پسرو توسط ml 3 آب دیونیزه به حجم ml 10 رسانده و تحت برنامه دمایی زیر در دستگاه رانده شد:
دناتوراسیون اولیه بمدت min 15 در دمای C˚95، 40 چرخه تکثیر شامل مراحل: 15 ثانیه در دمای C˚95، 30 ثانیه در دمای C˚60 و min 1 در دمای C˚72 میباشد. در هر بار رانده شدن، نمونه NTC (No Template Control) که فاقد cDNA میباشد برای هر پرایمر در نظر گرفته شد تا از عملکرد صحیح واکنش PCR اطمینان حاصل گردد.
سنجش آپوپتوز و نکروز با بهرهگیری از روش فلوسایتومتری (رنگ آمیزی Annexin-FITC و PI): بمنظور تعیین تعداد سلولهای آپوپتوزی و نکروزی در یک جمعیت سلولی، رنگآمیزی هر چاهک از پلیت شش خانه، با استفاده از µl 5 از هر کدام از رنگهای Annexin-FITC و پروپیدیوم یدید (PI) انجام گرفت. برای پردازش دادههای فلوسایتومتری از نرم افزار FlowJo استفاده شد. نقاط ثبت شده در منحنی دوبعدی به چهار ناحیهی Q1 تا Q4 تقسیم شد. ناحیهی Q1 نمایانگر سلولهای نکروزی با ویژگی Annexin-FITC- و PI+، ناحیهی Q2 نمایانگر سلولهای آپوپتوز شدهی پیر با ویژگی Annexin-FITC+ و PI+، ناحیهی Q3 نمایانگر سلولهای آپوپتوز شدهی جوان با ویژگی Annexin-FITC+ و PI- و ناحیهی Q4 نمایانگر سلولهای سالم با ویژگی Annexin-FITC- و PI- میباشد.
سنجش اتوفاژی با انجام مطالعات ایمونوسیتوشیمی: در ابتدا سلولها در 2 چاهک از یک چمبر اسلاید به تعداد 10000 عدد کشت داده شدند و پس از فراهم شدن لایهی سلولی مناسب، تیمار دارویی با افزودن کوئرستین
(mM 220) صورت پذیرفت. در اینجا، از کیت MAK138Autophagy برای سنجش اتوفاژی استفاده شد که حاوی آنتیبادی نشاندار علیه LC3II بعنوان بهترین شاخص برای تشکیل اتوفاگوزومها میباشد. رنگآمیزی سلولها با استفاده از ml 100 محلول رنگی به ازای هر چاهک و انکوباسیون در دمای C˚37 بمدت 45 دقیقه (در تاریکی) صورت گرفت.
چگونگی تحلیل نتایج: نتایج حاصل از آزمون MTT به همراه نتایج real time RT-PCR به کمک نرمافزار Microsoft Office Excel مورد تجزیه و تحلیل آماری قرار گرفت. نتایج فلوسیتومتری با استفاده از نرم افزار Flowju مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. لازم به ذکر است که آزمایشها به صورت سه بار تکرار انجام شده و سطح معنی داری زیر P<0.05 در نظر گرفته شد.
نتایج
نتایج سنجش MTT: نتایج سنجش MTT معمولا براساس نسبت جذب نوری ثبت شده در تیمار دارویی سلولها در قیاس با جذب نوری نمونهی کنترل که معرف زیستایی نسبی است گزارش میشود که بر همین اساس، در نمودار شکل 1 به ازای هر غلظت از دارو نشان داده شده است. بدین ترتیب، با استفاده از نمودار MTT میتوان غلظت کشندهای از کوئرستین را که باعث مرگ نیمی از سلولها میشود تحت عنوان LC50 بدست آورد و در انجام مطالعات بعدی در نظر گرفت. مطالعات ما با استفاده از نمودار MTT نشان داد که غلظت LC50 برای کوئرستین معادل mM 220 میباشد که این غلظت در باقی آزمایشها به عنوان مبنا در نظر گرفته شده است.
شکل1- نمودار سنجش MTT در غلظتهای مختلف از کوئرستین. براساس این نمودار، غلظت mM 220 از کوئرستین توانایی کشتن نیمی از سلولها را دارد. LC50 برای کوئرستین معادل mM 220 میباشد.
نتایج حاصل از فلوسیتومتری: برای بررسی و تعیین ساز و کار مربوط به اثر کشندگی کوئرستین به روی سلولهای MCF-7 از روش فلوسیتومتری استفاده شده است (شکل 2). نقاط ثبت شده در منحنی دوبعدی در چهار ناحیه Q1-Q4 پراکنده میباشد. ناحیهی Q1 نمایانگر سلولهای نکروزی، ناحیهی Q2 نمایانگر سلولهای آپوپتوز شدهی پیر، ناحیهی Q3 نمایانگر سلولهای آپوپتوز شدهی جوان و ناحیهی Q4 نمایانگر سلولهای سالم است. درصد سلولهای هر ناحیه در هر بخش از شکل نشان داده شده است. از جمع درصد سلولهای موجود در نواحی Q2 و Q3 میتوان درصد کل سلولهای آپوپتوزی را مشخص نمود.
شکل2- نموار دوبعدی نتایج فلوسیتومتری مربوط به تیمار سلول های MCF-7 با کوئرستین. درصد سلولهای مرتبط با هر منطقه در شکل نشان داده شده است. نقاط ثبت شده در مناطق Q2 و Q3 نمایانگر تعداد سلولهایی است که در آنها آپوپتوز روی داده است. مقدار بروز آپوپتوز برای کنترل تیمار نشده برابر 9/0% و برای نمونهی تیمارشده با کوئرستین برابر با 54% میباشد. نقاط موجود در منطقهی Q3، در نمونههای کنترل و تیمار، نمایانگر سلولهای نکروزی و نقاط موجود در منطقهی Q1 نشاندهندهی سلولهای سالم میباشد.
نمودار ستونی مربوط به درصد مشاهده شده از انواع مرگ سلولی ناشی از تیمار سلولها با کوئرستین در شکل 3 نشان داده شده است. رسم این نمودار ستونی براساس نتایج حاصل از دادههای فلوسیتومتری صورت گرفته است. همانگونه که مشاهده میشود ستون مربوط به سلولهای آپوپتوزی در تیمار کوئرستین معرف مجموع درصد سلولهای موجود در نواحی Q2+Q3 است که وقوع مکانسیم آپوپتوز بعنوان سازوکار اصلی مرگ سلولی در آنها ثبت شده است.
شکل 3- نمودار ستونی درصد مرگ سلولهای MCF-7 در تیمار با کوئرستین. ستون O2+Q3 در تیمار کوئرستین که با رنگ خاکستری نشان داده شده است نشاندهندهی وقوع مکانسیم آپوپتوز در 54% از سلولها میباشد.
نتایج حاصل از real time RT-PCR: واکنش real time RT-PCR با حداقل سه بار تکرار برای ژنهای آپوپتوزی شامل p53, Bax, Casp3 و ژن ضدآپووپتوز Bcl-2 انجام شده است. بمنظور تعیین سطح بیان هر ژن، از GAPDH به عنوان ژن مرجع استفاده شده است. معنادار بودن اختلاف آماری بین تیمار و نمونهی کنترل در سطوح آماری P<0.05 و P<0.01 به ترتیب با علائم * و ** به روی ستون مربوط به هر ژن نشان داده شده است. براساس نتایج بدست آمده مشاهده میشود که سطح بیان ژنهای p53, Bax, Casp3 تغییر معناداری را نسبت به نمونهی کنترل نداشته و در نقطه مقابل، سطح بیان ژن Bcl-2 کاهش شدیدی یافته است. معمولا افزایش نسبت بیانی و بزرگتر شدن آن از واحد ( ) با توجه به نقش مهمی که Bax در بروز آپوپتوز دارد، بعنوان شاخصی برای نشان دادن تمایل سلولها به انجام آپوپتوز در نظر گرفته میشود. اما باید در نظر داشت که افزایش میتواند ناشی از کاهش بیان Bcl-2 باشد که با توجه به نقش Bcl-2 در مهار Bax، سبب افزایش توان Bax در القای آپوپتوز میشود.این موضوع در زمان عدم بروز تغییر و یا حتی کاهش بیان در ژن Bax نیز قابل بسط دادن میباشد. در مطالعات ما نیز افزایش نسبت بر پایهی کاهش بیان Bcl-2 صورت گرفته است و مقدار عددی بدست آمده برای آن ( ) دلیل مناسبی برای اثبات وقوع آپوپتوز در تیمار سلولهای MCF-7 با کوئرستین میباشد.
در شکل 3 مشاهده میشود که بیان ژن p53 ثابت باقی مانده است که با توجه به نقش تنظیمی آن در کنترل بیان ژنهای Bax و Casp-3، میبایست با ثبات در بیان ژنهای Bax و Casp-3 همراه باشد. براساس نتایج آورده شده در شکل 3، سطح بیان ژنهای Bax و Casp-3 در زمان تیمار سلولها با کوئرستین تغییری را نشان نداده و ثابت باقی مانده است که نمایانگر صحت یافتههای real time RT-PCR میباشد.
شکل 4- نمایش نمودار ستونی مربوط به تغییرات نسبی بیان ژنهای مرتبط با مسیراتوفاژی و آپوپتوز در حضور کوئرستین در رده سلولی MCF-7. تغییرات ثبت شده در بیان ژنها در قیاس با نمونه کنترل آورده شده است. نمادهای * و ** به ترتیب نمایانگر وجود اختلاف آماری بین نمونهی تیمار و کنترل در سطوح آماری P<0.05 و P<0.01 میباشند.
ژنهای انتخاب شده در ارتباط با اتوفاژی شامل mTOR، LC3، Beclin-1، DRAM و همچنین Bcl-2 میباشد که در بین آنها، Bcl-2 در آپوپتوز و اتوفاژی دخالت دارد. کاهش سطح بیان mTOR و Bcl-2 همراستا با افزایش بیان LC3 بهشکل معناداری در زمان تیمار سلولها با کوئرستین اتفاق افتاده است که موید وقوع اتوفاژی در سلولهای MCF-7 میباشد (شکل 4).
میدانیم که در زمان اتوفاژی، شکل سیتوسلی LC3 به نام LC3-I با فسفاتیدیل اتانول آمینهای (PEs) موجود در غشا فاگوفورها ترکیب شده و کمپلکس LC3-PE (LC3-II) را میسازد که برای شکلگیری غشای اتوفاگوزومها مورد نیاز میباشد. از میان ژنهای اتوفاژی، افزایش شدید و چشمگیری که در LC3 مشاهده میشود دلیل روشنی را در وقوع اتوفاژی در سلولهای تیمار شده با کوئرستین ارائه میدهد (شکل4). عدم بروز تغییر در بیان ژنهای DRAM و Beclin1 نشاندهندهی کافی بودن بیان زمینهای این ژنها در تشکیل اتوفاگوزومها میباشد (شکل 4).
نتایج حاصل از ایمونوسیتوشیمی و میکروسکوپ فلورسانس: برای تایید وقوع اتوفاژی از کیت ویژهای استفاده شد که حاوی آنتیبادی علیه LC3II میباشد. این کیت میتواند تشکیل اتوفاگوزومها را رصد میکند. همانگونه که در شکل 5 مشاهده میکنیم شکل گیری اتوفاگوزومها در دو میدان دید مختلف نشان داده شده است. تشکیل اتوفاگوزومها در زمان تیمار سلولها با کوئرستین بخوبی نتایج حاصل از real time RT-PCR را در خصوص به راه افتادن اتوفاژی تایید میکند.
شکل 5- مطالعهی اتوفاژی در سلولهای MCF-7 تیمار شده با کوئرستین با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس. غلظت کوئرستین mM 220 و رنگآمیزی با استفاده از کیت اتوفاژی حاوی آنتیبادی علیه LC3II انجام شده است. تشکیل اتوفاگوزومها توسط پیکانها نشان داده شده است.
بحث و نتیجه گیری
یافتههای ما نشان داد که ظهور اثرات کشندگی کوئرستین به روی سلولهای MCF-7 (LC50) در غلظت mM 220 ظاهر میگردد (شکل 1). اثرات کشندگی کوئرستین در این غلظت، غالبا از طریق آپوپتوز و اندکی نیز از طریق نکروز اعمال میشود. وقوع آپوپتوز و نکروز در مطالعات ما با بهرهگیری از روش فلوسیتومتری مورد اثبات قرار گرفته است (شکلهای 2 و 3). براین اساس، درصد تام آپوپتوز معادل 54% و درصد سلولهای نکروزی معادل 12% بدست آمده است که مجموعا درصد کل مرگ و میر سلولی را تا 66 % نشان میدهد. این میزان از مرگ و میر سلولی تقریبا معادل با 50% مرگ و میر تعیین شده در سنجش MTT میباشد (شکل 1). توانایی کوئرستین در القای آپوپتوز در ردههای سلولی مختلف از جمله HL-60 باثبات رسیده است که با فعالسازی کاسپازهای 3 یا 9 و همچنین حذف اثر مهاری Bcl-XL از روی Bax صورت میگیرد (26، 27). نقش کوئرستین در بروز آپوپتوز و توقف چرخهی سلولی در سلولهای سرطان کبد (ردهی سلولی HepG2) نیز گزارش شده است (55). مطالعات ما در خصوص سطح بیان ژنهای مهم آپوپتوزی مشتمل بر p53، Bax و Casp-3 نشاندهندهی عدم بروز تغییرات معنادار در بیان این ژنها در زمان تیمار سلولها با کوئرستین میباشد (شکل 4). p53 مهمترین پروتئین آپوپتوزی است که کنترل بیان ژنهای آپوپتوزی از جمله Bax و Casp-3 را برعهده دارد (18). بنابراین، بر اساس شکل 4، عدم بروز تغییر در بیان Bax و Bak که همراستا با عدم بروز تغییر در بیان ژن p53 مشاهده میگردد، نشاندهندهی تطابق میان یافتههای ما در real time RT-PCR با گزارشهای قبلی میباشد.
وقوع آپوپتوز در زمانی که تغییری در بیان ژنهای p53، Bax و Bak مشاهده نمیشود، بیشتر از طریق کاهش بیان Bcl-2 اعمال میگردد. Bcl-2 یک پروتئین ضدآپوپتوزی است که اثرات خود را در رابطه با افزایش توان زیستی سلولها از طریق اتصال به مولکولهای پروآپوپتوزی مانند Bak و Bax ظاهر میسازد (48). کاهش Bcl-2 موجب افزایش نسبت بیانی و در نتیجه، فراهم شدن زمینهی مناسب برای بروز اثرات آپوپتوزی Bax میشود (شکل 4). کنترل بیان Bcl-2 در تیمارهای انجام شده به روی ردهی سلولی HepG2 و زنوگرافتهای HT-29 نیز در حضور کوئرستین گزارش شده است (18 و 42).
کاهش بیان Bcl-2 همچنین میتواند با کاهش نقش مهاری آن به روی Beclin1 همراه شود که به راهاندازی اتوفاژی منجر میگردد (24 و 61). کاهش بیان Bcl-2 و وقوع اتوفاژی در مطالعات ما نیز مشاهده شده است (شکل 4). Beclin1 مهمترین پروتئین مسیر اتوفاژی است که مهار آن توسط Bcl-2 سبب مهار اتوفاژی میشود (53). بروز اتوفاژی در حضور کوئرستین را میتوان علاوه بر کاهش بیان Bcl-2، از روی افزایش شدید بیان LC3 نیز تشخیص داد (شکل 4). LC3 یک پروتئین محلول در سیتوزول است که به شکل LC3-I ساخته میشود. این پروتئین پس از اتصال به فسفاتیدیلاتانولآمینهای موجود در غشای فاگوفورها به LC3-II تبدیل میگردد که برای شکلگیری غشای اتوفاگوزومها ضروری است (31). مطالعات ما با استفاده از آنتیبادی نشاندار شده بر علیه LC3-II، ظهور اتوفاگوزومها را در تصاویر میکروسکوپ فلورسانس مورد تایید قرار داده است (شکل 4 و 5). استفاده از تصاویر میکروسکوپ فلورسانس به منظور مشاهدهی اتوفاگوزومها بهترین شاخص برای اثبات دقیق وقوع اتوفاژی در انواع تنشهای سلولی میباشد (31).
در کنار تمام دلایلی که برای وقوع اتوفاژی در سلولهای MCF-7 ارائه گردید، کاهش بیان mTOR نیز دلیل دیگری بر اثبات این مدعا میباشد (شکل 4). گزارشهای موجود در منابع علمی نیز نشان داده است که کاهش فعالیت mTORC2 میتواند با راهاندازی اتوفاژی همراه گردد (9، 10، 46، 51).
DRAM یک پروتئین مستقر در غشای لیزوزومی است که در انجام اتوفاژی مهم است. DRAM احتمالاً با عملکرد خود در غشای لیزوزومی، الحاق لیزوزومها را به اتوفاگوزومها جهت تبدیل به اتوفاگولیزوزومها تسهیل میکند (11). ژن DRAM تحت کنترل پروتئین p53 قرار دارد (11، 19، 33، 34، 43). نتایج ما عدم بروز تغییر در بیان p53 را همراستا با عدم بروز تغییر در بیان ژن DRAM نشان داده است که با یافتههای محققین دیگر در رابطه با نقش p53 در کنترل بیان DRAM همخوانی دارد (شکل 4).
لازم به ذکر است که اگر چه در زمان وقوع مسیرهای کلاسیک آپوپتوز و اتوفاژی، انتظار افزایش بیان ژنهای Casp3، Beclin1 و DRAM وجود دارد اما عدم بروز تغییر در بیان زمینهای این ژنها مشکلی را در وقوع آپوپتوز و اتوفاژی ایجاد نمیکند زیرا تولیدات زمینهای این ژنها میتواند مقادیر کافی از پروتئینهای مربوط را برای انجام آپوپتوز و اتوفاژی تولید کند. در ضمن، آپوپتوز و اتوفاژی پدیدههایی هستند که میتوانند از طریق مسیرهای غیرکلاسیک و به صورت غیروابسته به کاسپاز و یا غیروابسته به Beclin1 و DRAM نیز راهاندازی شوند (1، 5، 6، 48، 66).
تقدیر و تشکر
مولفین مقاله از معاونت پژوهشی دانشگاه تهران بابت حمایتی که از انجام پژوهش داشته است تقدیر و تشکر میکند. مولفین مقاله همچنین مراتب تشکر خود رااز معاونت پژوهشی دانشگاه آزاد اسلامی اعلام میدارند.