Cancer Genetics, Therapeutics & Ultrastructural Pathology Department

Ένα φυσικό εκχύλισμα εμπλουτισμένο με ισοθειοκυανικό φαινυλαιθύλιο από τα άνθη νεροκάρδαμου επάγει την ενεργοποίηση της ενδογενούς απόπτωσης μέσω υποκυτταρικών υπερδομικών αλλαγών και εκροής κατιόντων ασβεστίου (Ca²⁺) σε ένα πειραματικό μοντέλο ανθρώπινου κακοήθους μελανώματος.

Ένας από τους βασικούς τομείς έρευνας στο Τμήμα Γενετικής Θεραπευτικής Καρκίνου και Υπερδομικής Παθολογίας είναι η αξιολόγηση της ικανότητας δευτερογενών μεταβολικών προϊόντων, διατροφικής προέλευσης, στο να δρουν στοχευμένα έναντι ποικίλων καρκινικών μοντέλων. Ως προς αυτή την κατεύθυνση, η ερευνητική μας ομάδα, αξιοποιεί την οικογένεια των σταυρανθών λαχανικών δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στο νεροκάρδαμο στο οποίο παρατηρείται μεγάλη συγκέντρωση βιοδραστικών φυτοχημικών μορίων.

Σε προηγούμενη έρευνα που δημοσιεύτηκε από το Τμήμα μας, πραγματοποιήθηκε ένας εκτενής χημικός χαρακτηρισμός διαφόρων τμημάτων του νεροκάρδαμου όπου έγινε η απομόνωση, ταυτοποίηση και ποσοτικός προσδιορισμός πολυφαινολών, ισοθειοκυανιδίων και γλυκοζιλιοτών, αποδεικνύοντας έτσι την υψηλή περιεκτικότητα των συγκεκριμένων φυτοχημικών στα άνθη του φυτού αυτού [1]. 

Η παρούσα έρευνα είχε στόχο (ι) την απομόνωση διαφόρων εκχυλισμάτων, πλούσια είτε σε πολυφαινόλες, είτε σε ισοθειοκυανίδια (και συγκεκριμένα σε ισοθειοκυανικό φαινυλαιθύλιο), είτε σε γλυκοζιλιοτές καθώς επίσης και (ιι) τον προσδιορισμό της αντικαρκινικής  ικανότητας τους σε μη-τοξικές, υπό-τοξικές και τοξικές συγκεντρώσεις τους τόσο σε πρωτογενή (Α375) και μεταστατικά (COLO-679) κύτταρα κακοήθους ανθρώπινου μελανώματος όσο και σε μη-καρκινικά αθανατοποιημένα κερατινοκύτταρα (HaCaT) [2]. Για τον προσδιορισμό της κυτταροτοξικότητας έγινε χρήση της μεταβολικής μεθόδου Alamar Blue, ενώ οι υπερδομικές αλλοιώσεις στα μιτοχόνδρια και στο ενδοπλασματικό δίκτυο προσδιορίστηκαν μέσω της χρήσης ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διέλευσης. Η αποπόλωση της μιτοχονδριακής μεμβράνης μελετήθηκε και ποσοτικοποιήθηκε με τη χρώση Mito-MP, ενώ η απόπτωση αξιολογήθηκε μέσω της ενεργοποίησης των κασπασών-3, -8 και -9.

Μεταξύ όλων των εκχυλισμάτων, το εμπλουτισμένο με ισοθειοκυανικό φαινυλαιθύλιο παρουσίασε σημαντική κυτταροτοξικότητα έναντι των κυττάρων A375 και COLO-679, ενώ τα κύτταρα HaCaT παρέμειναν σχετικά ανθεκτικά σε υπό-τοξικές και τοξικές συγκεντρώσεις. Επιπλέον, οι υπερδομικές υποκυτταρικές αλλοιώσεις που σχετίζονται με την απόπτωση αποτυπώθηκαν μέσω δεικτών όπως αυτών της αύξησης του μιτοχονδριακού εμβαδού και περιμέτρου, μειωμένης πυκνότητας των μιτοχονδριακών πτυχώσεων καθώς και τη σμίκρυνση της απόστασης μεταξύ του ενδοπλασματικού δικτύου από τα μιτοχόνδρια, όλα σε «πρώιμα» χρονικά σημεία (2-4 ώρες) από την στιγμή έκθεσης στο συγκεκριμένο εκχύλισμα. Επιπλέον, η δράση του εκχυλίσματος μελετήθηκε σε μεταγενέστερα χρονικά σημεία και συγκεκριμένα στις 24 ώρες όπου παρατηρήθηκε η ικανότητα του στο να προκαλεί αλλοιώσεις στην μιτοχονδριακή μεμβράνη οδηγώντας έτσι στην ενεργοποίηση του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου. Η αναστολή της ροής κατιόντων ασβεστίου (Ca²⁺) μείωσε τα επίπεδα της δραστηριότητας των ενζύμων που συμβάλουν στην ενεργοποίηση του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου, υποδηλώνοντας την άμεση συμμετοχή του Ca2+ στον κυτταρικό θάνατο. Συμπερασματικά, τα δεδομένα μας καταδεικνύουν μια συσχέτιση «πρώιμων» αλλοιώσεων στα μιτοχόνδρια και το ενδοπλασματικό δίκτυο με την «όψιμη» επαγωγή του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου μέσω της ρύθμισης της εκροής  Ca²⁺.

Τέλος, το πλεονέκτημα της παρούσας μελέτης είναι ότι μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε το ρόλο ενός εκχυλίσματος φυσικής προέλευσης ως επικουρικό στην ανάπτυξη νέων συνδυαστικών θεραπευτικών επιλογών για την κλινική διαχείριση ασθενών με κακοήθη μελάνωμα, κυρίως μέσω της ελαχιστοποίησης των παρενεργειών που συχνά συνδέονται με τη χρήση κλινικών φαρμάκων.

Δρ Σωτήρης Κυριάκου
Επιστημονικός Λειτουργός
Τμήμα Γενετικής, Θεραπευτικής Καρκίνου και Υπερδομικής Παθολογίας

Βιβλιογραφία

• Kyriakou S, Michailidou K, Amery T, Stewart K, Winyard PG, Trafalis DT, Franco R, Pappa A, Panayiotidis MI. Polyphenolics, glucosinolates and isothiocyanates profiling of aerial parts of Nasturtium officinale (Watercress). Frontiers in Plant Sciences (2022) 13, 1-14. https://doi: 10.3389/fpls.2022.998755
• Kyriakou S, Potamiti L, Demosthenous N, Amery T, Stewart K, Winyard PG, Franco R, Pappa A, Panayiotidis MI. A Naturally Derived Watercress Flower-Based Phenethyl Isothiocyanate-Enriched Extract Induces the Activation of Intrinsic Apoptosis via Subcellular Ultrastructural and Ca²⁺ Efflux Alterations in an In Vitro Model of Human Malignant Melanoma. Nutrients (2023), 15(18), 4044.  https://doi.org/10.3390/nu15184044