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Thymoquinone, artemisinin, and thymol attenuate proliferation of lung cancer cells as Sphingosine kinase 1 inhibitors - 23/07/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.117123 
Ilma Shakeel a, b, Shaista Haider c, Shama Khan d, Shahbaz Ahmed b, Afzal Hussain e, Mohamed F. Alajmi e, Anindita Chakrabarty c, Mohammad Afzal a, Md. Imtaiyaz Hassan b,
a Department of Zoology, Aligarh Muslim University, Aligarh, UP 202001, India 
b Centre for Interdisciplinary Research in Basic Sciences, Jamia Millia Islamia, Jamia Nagar, New Delhi 110025, India 
c Department of Life Sciences, School of Natural Sciences, Shiv Nadar Institution of Eminence, Deemed to be University, Gautam Buddha Nagar, UP 201314, India 
d South African Medical Research Council, Vaccines and Infectious Diseases Analytics Research Unit, Faculty of Health Science, School of Pathology, University of the Witwatersrand, Johannesburg, South Africa 
e Department of Pharmacognosy, College of Pharmacy, King Saud University, Riyadh 11451, Saudi Arabia 

Corresponding author.

Abstract

Sphingosine-1-phosphate (S1P) formed via catalytic actions of sphingosine kinase 1 (SphK1) behaves as a pro-survival substance and activates downstream target molecules associated with various pathologies, including initiation, inflammation, and progression of cancer. Here, we aimed to investigate the SphK1 inhibitory potentials of thymoquinone (TQ), Artemisinin (AR), and Thymol (TM) for the therapeutic management of lung cancer. We implemented docking, molecular dynamics (MD) simulations, enzyme inhibition assay, and fluorescence measurement studies to estimate binding affinity and SphK1 inhibitory potential of TQ, AR, and TM. We further investigated the anti-cancer potential of these compounds on non–small cell lung cancer (NSCLC) cell lines (H1299 and A549), followed by estimation of mitochondrial ROS, mitochondrial membrane potential depolarization, and cleavage of DNA by comet assay. Enzyme activity and fluorescence binding studies suggest that TQ, AR, and TM significantly inhibit the activity of SphK1 with IC50 values of 35.52 µM, 42.81 µM, and 53.68 µM, respectively, and have an excellent binding affinity. TQ shows cytotoxic effect and anti-proliferative potentials on H1299 and A549 with an IC50 value of 27.96 µM and 54.43 µM, respectively. Detection of mitochondrial ROS and mitochondrial membrane potential depolarization shows promising TQ-induced oxidative stress on H1299 and A549 cell lines. Comet assay shows promising TQ-induced oxidative DNA damage. In conclusion, TQ, AR, and TM act as potential inhibitors for SphK1, with a strong binding affinity. In addition, the cytotoxicity of TQ is linked to oxidative stress due to mitochondrial ROS generation. Overall, our study suggests that TQ is a promising inhibitor of SphK1 targeting lung cancer therapy.

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Graphical Abstract




 : 

Showing oxidative DNA cleavage by TQ.


Showing oxidative DNA cleavage by TQ.

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Highlights

SphK1 is an attractive drug target for cancer therapy and thus targeted for the drug development.
We have identified TQ, AR, and TM as potent inhibitors of SphK1.
Docking and MD simulation studies suggested a strong binding and the formation of a stable protein-ligand complex.
TQ, AR, and TM significantly inhibit the activity of SphK1 with significant IC50 values.
TQ shows cytotoxic effect on H1299 and A549, which is linked to the mitochondrial ROS generation.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : S1P, SphK1, TQ, AR, TM, NSCLC, MD, HIF, CIB1, RMSD, Rg, SASA, PCA, RMSF, HBA, MM/GBSA, DCCM

Keywords : Sphingosine kinase 1, Natural inhibitors, Kinase inhibitors, Anticancer therapy, Drug discovery, Drug targeting, Cell signaling, Cytotoxicity, Apoptosis


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Vol 177

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