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Isoaaptamine increases ROS levels causing autophagy and mitochondria-mediated apoptosis in glioblastoma multiforme cells - 26/02/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114359 
Zhi-Hong Wen a, 1, Hsiao-Mei Kuo a, 1, Po-Chang Shih b, c, 1, Ling-Chen Hsu a, d, Jimmy Ming-Jung Chuang b, Nan-Fu Chen e, f, Hsi-Wen Sun a, g, Hsin-Tzu Liu h, Chun-Sung Sung i, j, Wu-Fu Chen a, b,
a Department of Marine Biotechnology and Resources, National Sun Yat-sen University, Kaohsiung 80424, Taiwan 
b Department of Neurosurgery, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital and Chang Gung University, College of Medicine, Kaohsiung 83301, Taiwan 
c Graduate School of Pharmaceutical Sciences, The University of Tokyo, 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan 
d Department of Institute Molecular and Cellular Biology, National Tsing Hua University, Hsinchu 300044, Taiwan 
e Division of Neurosurgery, Department of Surgery, Kaohsiung Armed Forces General Hospital, Kaohsiung 80284, Taiwan 
f Center for General Education, Cheng Shiu University, Kaohsiung 833301, Taiwan 
g Institute of Biochemical and Biomedical Engineering, Department of Chemical Engineering and Biotechnology, National Taipei University of Technology, Taipei 10608, Taiwan 
h Department of Medical Research, Hualien Tzu Chi Hospital, Buddhist Tzu Chi Medical Foundation, Hualien 970473, Taiwan 
i Department of Anesthesiology, Division of Pain Management, Taipei Veterans General Hospital, Taipei 112201, Taiwan 
j School of Medicine, National Yang Ming Chiao Tung University, Taipei 112304, Taiwan 

Corresponding author at: Department of Neurosurgery, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital and Chang Gung University College of Medicine, Kaohsiung 83301, Taiwan.Department of Neurosurgery, Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital and Chang Gung University College of MedicineKaohsiung83301Taiwan

Abstract

Glioblastoma multiforme (GBM) is a common central nervous system disease with a poor prognosis; its five-year survival rate is <5 %, and its median survival of 15 months. Current treatment includes chemotherapy with temozolomide, which is ineffective against GBM, suggesting an urgent need to develop novel therapies. This study evaluated isoaaptamine and aaptamine in the GBM cell lines for cell viability; GBM 8401, U87 MG, U138 MG, and T98G. Our findings showed that isoaaptamine was more potent than its iso-form aaptamine in these four cell lines, and GBM 8401 was most sensitive to isoaaptamine. The study in GBM 8401 cells showed that apoptosis was induced by isoaaptamine with increased cleaved caspase 3 and poly ADP-ribose polymerase (PARP). Moreover, isoaaptamine enhanced oxidative stress by increasing the levels of reactive oxygen species (ROS), inhibiting mitochondrial and cellular superoxidase dismutases (SOD1&2), peroxidase and an anti-apoptotic protein (Bcl-2), and disrupting mitochondrial membrane potential. In addition, the oxygen consumption rates and activities of mitochondrial complexes I–V were significantly reduced. Mitochondrial dynamics were prone to fission instead of fusion after isoaaptamine treatment, and ATP synthesis was ablated. Also, autophagy-related acidic organelle vesicles were formed, indicating autophagy was triggered. Overall, isoaaptamine-induced ROS overproduction in mitochondria could cause mitochondrial dysfunction, apoptosis, and autophagy in the GBM cells.

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Graphical Abstract




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Highlights

GBM cell lines are susceptible to isoaaptamine's anti-neoplastic effects.
Isoaaptamine shows a predicted blood-brain barrier penetrability.
Isoaaptamine elevates oxidative stress, causing a fragmented mitochondrial network.
ATP synthesis and mitochondrial respiration are both affected by isoaaptamine.
GBM cells are killed as result of isoaaptamine-induced apoptosis and autophagy.

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Keywords : Natural product, Mitochondria, Apoptosis, Autophagy, Isoaaptamine, Reactive oxygen species


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© 2023  Kaohsiung Chang Gung Memorial Hospital and Chang Gung University, College of Medicine. Publié par Elsevier Masson SAS. Tous droits réservés.
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Vol 160

Article 114359- avril 2023 Retour au numéro
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