Главная » Статьи » Фукоидан »

Структура и противоопухолевая активность фукоиданов из бурых водорослей морей Дальнего Востока России

Вищук Олеся Сергеевна

Учёными были выделены и охарактеризованы новые фукоиданы, из бурых водорослей S. cichorioides, S. japonica, F. evanescens и U. Pinnatifida, различающиеся между собой по моносахаридному составу, типу связей, степени сульфатирования и ацетилирования. Впервые показано, что сульфатированные полисахариды, синтезируемые этими видами водорослей, относятся к разным структурным типам фукоиданов, а также установлена избирательность противоопухолевого действия фукоиданов, обусловленная их структурными характеристиками.

В работе д.б.н. Вищук О.С. практически была показана перспективность использования исследованных фукоиданов для разработки средств профилактики и лечения онкологических заболеваний. Показана возможность применения фукоидана из F. evanescens для защиты кожи от действия УФ-облучения, а фукоидана из S. cichorioides для усиления противоопухолевого действия ресвератрола, что может позволить снизить дозы токсичных противоопухолевых препаратов при разработке схем лечения онкологических пациентов.

Установлено, что Фукоиданы эффективно ингибируют (предотвращают) самопроизвольное формирование и рост колоний клеток рака кишечника, молочной железы и меланомы человека. Фукоиданы различной структуры проявляют специфичность действия по отношению к определенному типу раковых клеток.

Высокосульфатированный α-L-фукан из S. cichorioides увеличивает антипролиферативную активность ресвератрола и усиливает апоптоз раковых клеток кишечника человека, вызывая активацию инициаторных и эффекторных каспаз при совместном действии ресвератрола и фукоидана.

сульфатированный и частично ацетилированный полисахарид, состоящий из 1→3- и 1→4-связанных остатков α-L-фукозы ингибирует процессы формирования и роста колоний меланомы человека; для ингибирования процессов роста колоний рака молочной железы человека необходимо присутствие в молекуле фукоидана большого количества остатков сульфатированной и частично ацетилированной галактозы и фукозы, соединенных 1→3- и/или 1→4-О-гликозидными связями.

Таким образом, анализ полученных данных в опубликованной научной работе позволил отнести исследуемые полисахариды к ламинаранам, полиманнуроновым кислотам, фуканам и галактофуканам. Показано, что отдельный вид бурой водоросли может синтезировать различные структурные типы фукоиданов. Водоросли, принадлежащие к одному семейству Laminariaceae, также синтезируют различные структурные типы фукоиданов.

Молекулярная масса фукоиданов бурых водорослей S. cichorioides (ScF2), F. evanescens (FeF2), S. japonica (SjF2) и U. pinnatifida (UpF2) была определена методом ВЭЖХ на последовательно соединенных колонках Shodex Asahipak GS-520 HQ и GS-620 HQ, и составила 540, 430, 310 и 760 кДа. В качестве стандартов использовали пуллуланы Shodex Standard P-82 («Showa Denko», Япония) с молекулярными массами от 180 до 667000 Да и голубой декстран («Amersham», Швеция).

 Фрагменты структуры фукоиданов из бурых водорослей

Необходимо отметить, что влияние фукоиданов на пролиферацию каждого типа раковых клеток связано с индивидуальными структурными характеристиками фукоиданов.

Известно, что повышение уровня экспрессии онкобелков с-jun, c-fos и AP-1 комплекса играет решающую роль в процессах трансформации нормальных клеток в опухолевые.

 Действие фукоидана из S. Cichorioides (ScF2) на активацию онкобелков c-fos, c-jun и AP-1 комплекса

Установлено, что фукоидан в концентрации 10 мкг/мл подавлял активность онкобелков с-fos, c-jun и AP-1 комплекса, активированные EGF, на 40 %, 43 % и 65 %, соответственно (рис. 2).

1. Действие фукоиданов бурых водорослей на самопроизвольное формирование колоний опухолевых клеток.

  Действие фукоиданов из бурых водорослей S. cichorioides (ScF2), S. japonica (SjF2), F. evanescens (FeF2) и U. pinnatifida (UpF2) на формирование и рост колоний клеток рака кишечника человека HCT 116 (А), HT-29 (Б) и DLD-1 (В, Г)

Исследование действия фукоиданов ScF2, SjF2, FeF2 и UpF2 (50 мкг/мл) из бурых водорослей ScichorioidesSjaponicaFevanescens и Upinnatifida на самопроизвольное формирование и рост колоний клеток рака кишечника человека показало, что они ингибировали данный процесс в различной степени. Фукоидан ScF2 из S. cichorioides оказался наиболееэффективным при обработке опухолевых клеток кишечника человека. Он ингибировал формирование и рост колоний HCT 116, HT 29 и DLD-1 клеток на 29 %, 44 % и 76 %, соответственно (рис. 3 А, Б, В). Наиболее выраженное противоопухолевое действие для фукоидана ScF2 обнаружено на модели DLD-1 клеток: он снижал не только количество колоний опухолевых клеток, но и значительно уменьшал их размеры (рис. 3 Г).

Действие фукоиданов из S. cichorioides (ScF2), F. evanescens (FeF2), S. japonica (SjF2), U. pinnatifida (UpF2) на формирование и рост колоний клеток меланомы SK-MEL-28 (А), SK-MEL-5 (Б), RPMI-7951 (В) и опухолевых клеток молочной железы человека T-47D (Г)

Галактофуканы UpF2 и SjF2 из бурых водорослей U. pinnatifida и S. Japonica оказались наиболее эффективными на модели раковых клеток молочной железы (рис. 4 Г). Галактофуканы UpF2 и SjF2 ингибировали формирование и рост колоний T-47D клеток на 75 % и 64 %, соответственно, тогда как фукоиданы ScF2 и FeF2 ингибировали данный процесс на 18 % и 30 %, соответственно.

Фукоидан FeF2 из F. evanescens обладал наиболее сильным ингибирующим действием на клетках меланомы человека, он угнетал рост колоний SK-MEL-28, SKMEL- 5 и RPMI – 7951 на 66 %, 54 % и 51 %, соответственно (рис. 4 А, Б, В).

1.1 Действие фукоидана из бурой водоросли F. evanescens на УФ-индуцированную активацию матриксных металлопротеиназ

Известно, что одним из факторов возникновения меланомы у человека является чрезмерное ультрафиолетовое облучение (УФ-облучение) кожи. Установлено, что экспрессия матриксной металлопротеиназы - 1 (ММР-1) – играет важную роль в процессе метастазирования меланомы, опухолей легких и молочной железы человека.

Фукоидан FeF2 из F. evanescens проявлял наиболее выраженное ингибирующее действие на пролиферацию и формирование колоний клеток меланомы человека (рис. 4), поэтому была исследована его способность подавлять экспрессию MMP-1, вызываемую УФ-облучением.

Фукоидан FeF2 (10 мкг/мл и 100 мкг/мл) ингибировал активацию MMP-1, индуцированную УФ-облучением (15 мДж/см2) на 40 % и 48 %, соответственно (рис. 5 А). Действие фукоидана на уровень экспрессии гена, кодирующего MMP-1, было исследовано с помощью ПЦР анализа. Фукоидан (10 и 100 мкг/мл) эффективно ингибировал экспрессию этого гена (степень ингибирования составила 27 % и 59 %, соответственноc2k) (рис. 5 Б).

Действие фукоидана из F. evanescens (FeF2) на УФ-индуцированную активацию MMP-1 (A), экспрессию мРНК (Б) и фосфорилирование MAPK (В)

Впервые показано, что фукоидан из F. evanescens способен предотвращать УФ-индуцированную экспрессию ММР-1 на транскрипционном и трансляционном уровнях, изменяя активность клеточных белков МАРК сигнального каскада. Как результат, фукоидан из бурой водоросли F. evanescens может быть потенциальным терапевтическим средством для предотвращения возникновения меланомы кожи под действием УФ-облучения и использоваться как активная составляющая в лечебной и лечебно-профилактической косметике.

2. Проапоптопическое действие фукоидана из бурой водоросли S. Cichorioides

Перспективным направлением лечения злокачественных опухолей является поиск и разработка нетоксичных противоопухолевых препаратов на основе субстанций природного происхождения, способных индуцировать апоптоз опухолей на разных стадиях их развития.

Изучение возможного синергического противоопухолевого действия ресвератрола (в нетоксичных концентрациях) иконцентрациях) и фукоидана ScF2 представляет большой интерес для повышения эффективности лечения злокачественных новообразований.

При исследовании цитотоксической активности ресвератрола была определена его концентрация, при которой погибало 50 % раковых клеток кишечника HCT 116 (IC50 = 55 мкМ). Показано, что ресвератрол в нетоксических дозах (40 мкМ) подавлял пролиферацию HCT 116 клеток на 34 %, 40 % и 71 % после инкубации клеток с веществом в течение 24, 48 и 72 ч, соответственно (рис. 6 А). Действие ресвератрола (24 ч) усиливалось при добавлении фукоидана ScF2 (100, 200 и 300 мкг/мл) на 13 %, 18 % и 22 %, соответственно (рис. 6 Б). Таким образом, в данном случае имел место синергизм действия при совместном введении двух веществ.

Действие ресвератрола (Res) (А) и совместное действие ресвератрола (Res) и фукоидана (ScF2) из S. cichorioides (Б) на пролиферацию опухолевых клеток кишечника человека HCT 116

Установлен молекулярный механизм реализации апоптоза опухолевых клеток HCT 116 при совместной обработки ресвератролом и фукоиданом. Показано, что добавленные отдельно ресвератрол (40 мкМ) и фукоидан ScF2 (300 мкг/мл) не индуцировали активацию каспаз в HCT 116 клетках, тогда как при совместном их введении наблюдается синергический эффект (рис. 7).

Совместное действие ресвератрола (Res) и фукоидана из S. cichorioides (ScF2) на активацию каспазы 9, 7, 3 и расщепление каспаз 7 и 3

Данные, свидетельствующие о способности фукоидана из S. cichorioides (ScF2) усиливать апоптоз HCT 116 клеток, индуцированный ресвератролом, были подтверждены методом проточной цитофлюориметрии c окрашиванием аннексином-V/PI (рис. 8).

При обработке НСТ 116 клеток ресвератролом (40 мкМ) и фукоиданом ScF2 (100, 200, 300 мкг/мл) наблюдалось существенное повышение числа апоптотических клеток (до 52%), тогда как в контрольных образцах количество апоптопических клеток не превышало 20 %.

Таким образом, фукоидан ScF2 из S. cichorioides самостоятельно не влиял на пролиферацию опухолевых клеток кишечника человека, но усиливал их апоптоз, индуцированный ресвератролом, что может привести к снижению действующей дозы ресвератрола и соответственно снизить его побочные действия на организм человека.

Совместное действие ресвератрола и фукоидана из S. cichorioides (ScF2) на индукцию апоптоза опухолевых клеток кишечника человека HCT 116

Выводы

Фукоиданы незначительно влияют на пролиферацию раковых клеток человека, но эффективно ингибируют самопроизвольное формирование и рост колоний клеток рака кишечника, молочной железы и меланомы человека. Установлена избирательность противоопухолевого действия фукоиданов, обусловленная их структурными характеристиками.

Фукоидан из F. evanescens подавляет УФ-индуцированную экспрессию MMP-1, мРНК и MAPK в клетках меланомы человека.

Показано, что высокосульфатированный α-L-фукан из S. cichorioides усиливает антипролиферативное действие ресвератрола и апоптоз раковых клеток кишечника человека, индуцированный ресвератролом. Показано, что молекулярный механизм реализации апоптоза связан с активацией инициаторных и эффекторных каспаз при совместном действии ресвератрола и фукоидана.

Литература.

Похожие статьи:

Сравнительное исследование биологической активности фукоиданов из бурых водорослей.

Получение микрочастиц Фукоиданов.

Пребиотический потенциал полисахаридов из бурой водоросли Fucus evanescens и значение для клинического использования.

Сульфатированные полисахариды бурых водорослей - лиганды тол-подобных рецепторов.

Влияние иммуномодулятора Фукоидана из бурых водорослей Fucus Evanescens на показатели антиоксидантной системы, липидного и углеводного обмена у мышей.

Морские гидробионты – потенциальные источники лекарств.

Нейропротективные эффекты сульфатированных полисахаридов из морских водорослей.