ÖZET
Amaç:
Bu çalışmanın amacı galangin (Gal) daktinomisin kaynaklı hepatotoksisite üzerindeki etkilerini in vitro olarak incelemektir.
Gereç ve Yöntem:
AML-12 hücre hattı, kontrol, Gal, daktinomisin ve Gal+daktinomisin olmak üzere 4 gruba ayrıldı. IC50 dozu tiazolil mavi tetrazolyum bromid yöntemi ile belirlendi. Glutatyon (GSH), süperoksid dismutaz (SOD), katalaz, kaspaz-3 (Cas-3), Cas-9, apoptotik proteaz aktive edici faktör 1 (Apaf-1), Bcl-2, Bax, p53, apoptoz bağlayıcı protein inhibitörü (smac/DIABLO), topoizomeraz (Top) I ve Top II gen ekspresyonları Kantitatif gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu analizi ile incelendi.
Bulgular:
Daktinomisin, oksidatif etkilere yanıt olarak SOD, katalaz ve GSH ekspresyonunu artırdı. Gal+daktinomisin grubunda Gal uygulaması, antiapoptotik etkilerle Apaf-1 ekspresyonunu azaltırken, Bcl-2 ekspresyonunu artırdı. Daktinomisin grubunda DNA hasarına karşı savunma mekanizması nedeniyle p53 seviyeleri arttı. Gal, hasarlı yapıları kaldırmak amacıyla smac/DIABLO ekspresyonunu artırdı. Gruplardaki Bcl-2 ve smac/DIABLO ekspresyon seviyeleri ters orantılı idi. Gal+daktinomisin grubunda Top II ekspresyon düzeyi, daktinomisin grubuna göre daha düşük bulundu. Bu durum, çift sarmal DNA hasarının Gal tarafından azaltıldığını göstermektedir.
GİRİŞ
Daktinomisin, Streptomyces parvulus’tan türetilen, anti-kanser aktivitesine sahip polipeptit yapısı olan sitotoksik bir ilaçtır. Daktinomisin çocuklarda Wilms tümörünü tedavi etmek için kullanılır1. Daktinomisinin yaygın yan etkileri arasında miyelosüpresyon, mukozit ve hepatotoksisite vardır1,2. Daktinomisin radyasyon tedavisiyle birleştirildiğinde hepatotoksisite riski artar3. Daktinomisin tedavisi alan bireylerin serumunda alanin aminotransferaz (ALT) ve aspartat aminotransferaz (AST) düzeylerinin yüksek olduğu belirlendi. Daktinomisin tedavisinde hepatotoksisite riski özellikle küçük çocuklarda daha yüksektir4,5. Hepatik venlerin obliterasyonu, ciddi hepatik obstrüksiyon, portal hipertansiyon ve hepatosit yıkımı daktinomisinin karaciğer hasarına yol açan zararlı etkileri arasındadır6.
Antikanser ilaçlarının karaciğer üzerindeki birçok olumsuz etkisini önlemek ve oluşmuşsa hepatotoksisiteyi tedavi etmek için fitoterapinin yararlı bir strateji olduğu düşünülmektedir. Bitkiler hepatotoksisiteyi çeşitli mekanizmalarla iyileştirir. Hepatoprotektif etkiler flavonoidler, monoterpenler ve fenoller dahil olmak üzere çeşitli fitokimyasallarda bulunabilir. Bal ve Alpinia officinarum’da galangin (Gal) adı verilen biyoaktif bir flavonoid bulunur. Gal’in kemirgenlerde yan etkileri olmaksızın iyi tolere edildiği ve güvenli olduğu gösterilmiştir7. Gal’in birçok deneysel hayvan çalışmasında antioksidan ve antiinflamatuar özelliklere sahip olduğu bulunmuştur. Ek olarak Gal, oksidatif stresi azaltarak ve hepatik stellat hücrelerinin aktivasyonunu ve çoğalmasını inhibe ederek karbon tetraklorür (CCl4) kaynaklı hepatotoksisite ve fibrozise karşı koruma sağlamıştır. Gal’in ayrıca iskemi-reperfüzyon (I/R) kaynaklı karaciğer hasarı olan sıçanlarda antioksidan savunma mekanizmalarını modüle ederek apoptozu iyileştirdiği de bulunmuştur. Gal’in diyabetik sıçanlarda oksidatif stresi azalttığı ve mitokondriyal aktiviteyi sürdürdüğü, böylece karaciğer hasarını hafiflettiği gösterilmiştir8.
Gal’in bazı farmakolojik etkileri araştırılmış olmasına rağmen, AML-12 hücre hattında daktinomisin kaynaklı karaciğer hasarını önleme yeteneği üzerine herhangi bir çalışma bulunmamaktadır. Bu nedenle çalışmamızda Gal’in daktinomisinin hepatotoksisitesini önleme potansiyelini araştırdık.
GEREÇ VE YÖNTEM
Gruplar
Çalışmamız kontrol, Gal, daktinomisin ve Gal+daktinomisin olmak üzere 4 grup halinde planlandı.
Kimyasallar
Gal ve daktinomisin çözeltileri %0,01 DMSO içeren sulu çözelti içerisinde hazırlandı ve Gal+daktinomisin karışımı 1:1 oranında hazırlandı.
Hücre Kültürü
AML-12 hücreleri (ATCC®, CRL-2254 TM), Eagle’s Minimum Essential Medium (EMEM), Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium (DMEM), %5 fetal sığır serumu, 100 IU/mL penisilin, 10 mg/mL streptomisin ve %1 L-glutamin ile desteklenen Ham’s F-12 büyüme ortamında çoğaltıldı. 37 °C’de %95 nem ve %5 CO2 içeren inkübatöre yerleştirildiler. Çalışmamız 5. pasajda başlayıp 12. pasajda sona erdi.
Hücre Hatlarına Uygulanacak Madde Konsantrasyonlarının Tiazolil Mavi Tetrazolyum Bromür Yöntemiyle Belirlenmesi
Araştırmada kullanılacak tüm grupların IC50 değerlerini hesaplamak için her kuyucuğa 1x105 hücre olacak şekilde 96 kuyucuklu plaklara 180 µL hücre kültür medyumu inokule edildi. 24 saatlik inkübasyonun ardından kontrol grubu dışındaki ilgili gruplara maddeler uygulanmış olup dozları Şekil 1’de gösterilmiştir (20 µL hacimde). Daha sonra tüm gruplar 24 saat süreyle inkübatörde (37 °C, %5 CO2) bırakıldı. Kontrol grubuna %0,01 DMSO içeren sulu bir çözelti uygulandı. Her kuyucuğa MTT çözeltisi (20 μL, 5 mg/mL) eklendi. 3 saat sonra formazan kristallerini çözmek için DMSO (200 uL) ilave edildi. Absorbsiyon değeri, 492 nm’de (Thermo Scientific Multiskan Go) bir mikroplaka tarayıcı kullanılarak ölçüldü. Kontrol grubunun %100 canlı olduğu kabul edildi ve IC50 dozu probit analizi ile hesaplandı. MTT testi tüm gruplarda dört tekrarlı olarak yapıldı.
RNA İzolasyonu ve cDNA Sentezi
AML-12 hücreleri, her kuyucukta 3x106 hücre olacak şekilde kültür plakalarına 3 kez inoküle edildi. Yirmi dört saat sonra AML-12 hücresi IC50 dozunda kimyasallar uygulandı. Üreticinin talimatlarına göre elde edilen hücrelerden RNA izole edildi (PureLink RNA Mini Kit). Elde edilen RNA örneklerinin konsantrasyonları ve saflık değerleri nanodrop (NaNoQ OPTIZEN) ile belirlendi. Üreticinin talimatlarına göre RNA örneklerinden (yüksek kapasiteli cDNA ters transkripsiyon kiti) cDNA sentezi gerçekleştirildi.
Kantitatif Gerçek Zamanlı Polimeraz Zincir Reaksiyonu Analizi
Süperoksid dismutaz (SOD), CAT, glutatyon (GSH) ile ilişkili hücrelerin gen ekspresyonu ile kaspaz-3 (Cas-3), Cas-9, Apaf-1, Bcl-2 ile ilişkili X proteini (Bax), B hücresi CLL/lenfoma-2 (Bcl-2), tümör proteini p53 (p53), smac/DIABLO, Top I, Top II ile ilişkili gen ekspresyonunun kantitatif gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (qRT-PCR) analizi için Quant Studio 6 Flex device of SYBR Select Master Mix kullanıldı.
PCR koşulları şu şekilde belirlendi: 1 döngü 50 °C’de 2 dakika, 95 °C’de 10 dakika, ardından denatürasyon için 50 döngü 95 °C’de 15 saniye, tavlama ve uzatma için 60 °C’de 1 saniyeydi. MRNA ekspresyon seviyelerinin analizi için karşılaştırmalı eşik döngüsü (2-ΔΔCt) yöntemi (Kullanıcı Bülteni 2, Applied Biosystems) uygulandı. GSH gen dizilimlerinin bir kopyasını elde etmek için Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi’nden “Nükleotid” seçildi. Daha sonra arama kutusuna ilgili organizma/gen adı girilerek FASTA belirlendi ve ilgili genler tasarlandı. Gen ekspresyonundaki rölatif kat değişiklikleri, deney grupları ile kontrol grubunun karşılaştırılmasıyla hesaplandı ve b-aktin mRNA ekspresyonuna göre normalize edildi (Tablo 1).
İstatistiksel Analiz
MTT testi ile elde edilen hücre canlılık yüzde verilerine probit analizi uygulanarak IC50 değeri hesaplandı. Gen ekspresyonlarının rölatif kat değişim değerlerine one-way ANOVA testi ve post-hoc Tukey uygulandı. P˂0,05’teki değerler anlamlı kabul edildi. Probit analizi ve ANOVA testi Statistical Package for the Social Sciences 20 yazılımı (IBM) ile yapıldı.
BULGULAR
Gal, daktinomisin ve Gal+daktinomisinin AML-12 hücre hatlarının canlılığı üzerindeki etkilerini araştırmak amacıyla 24 saat boyunca MTT analizleri yapıldı. MTT tahlili sonuçları Gal, daktinomisin ve Gal+daktinomisinin AML-12 hücre hattında doza bağlı olarak hücre canlılığını azalttığını ortaya koydu (Şekil 1). IC50 dozları Gal’de 30,354 µM, daktinomisin’de 2,853 µM ve Gal+daktinomisinde 3,262 µM olarak belirlendi.
SOD mRNA ekspresyon düzeyleri daktinomisin (281,43 kat) ve Gal+daktinomisin (15,04 kat) gruplarında kontrol grubuna göre arttı (p<0,05). Gal grubuna göre daktinomisin grubunda SOD mRNA ekspresyon düzeyleri (33,62 kat) yüksekti (p<0,05) (Şekil 2A).
Daktinomisin grubu, kontrol (58,86 kat) ve Gal gruplarına (5,98 kat) yanıt olarak CAT mRNA ekspresyonunda artış gösterdi (p<0,05) (Şekil 2B).
Gal (20,88 kat), daktinomisin (75 kat) ve Gal+daktinomisin (76,92 kat) gruplarının tümü, kontrollere kıyasla GSH mRNA ekspresyonunda artış gösterdi (p<0,05). Gal grubuyla karşılaştırıldığında daktinomisin (3,61 kat) ve Gal+daktinomisin (3,7 kat) gruplarında GSH mRNA ekspresyon seviyeleri arttı (p<0,05) (Şekil 2C).
Kontrol grubuna göre, Cas-3 mRNA ekspresyonu Gal (6,89 kat) ve Gal+daktinomisin (5,68 kat) gruplarında yüksek bulundu (p<0,05). Gal grubuyla karşılaştırıldığında Daktinomisin grubu (4,82 kat) Cas-3 mRNA ifadesinde azalma gösterdi (p<0,05) (Şekil 2D).
Gal (12,12 kat) ve Gal+daktinomisin (4,25 kat) gruplarında Cas-9 mRNA ekspresyonu kontrol grubuna göre daha yüksekti (p<0,05). Diğer yandan Daktinomisin (8,78 kat) ve Gal+daktinomisin (2,85 kat) gruplarında Cas-9 mRNA ekspresyonu Gal grubuna göre düşüktü (p<0,05) (Şekil 2E).
Kontrol ve Gal grupları ile karşılaştırıldığında, apaf-1 mRNA ekspresyonu Daktinomisin (30,34 kat ve 14,81 kat) ve Gal+daktinomisin (62,61 kat ve 10,26 kat) gruplarında daha yüksekti (p<0,05) (Şekil 2F).
Bax mRNA ekspresyonu Gal (11,90 kat), daktinomisin (12,19 kat) ve Gal+daktinomisin (14,04 kat) gruplarında, kontrol grubuna göre daha yüksek bulundu (p<0,05) (Şekil 3A).
Kontrol grubu ile karşılaştırıldığında Bcl-2 mRNA ekspresyonu Gal+daktinomisin grubunda artarken (2,43 kat), Gal grubunda ise (0,45 kat) düştü (p<0,05). Gal grubuyla karşılaştırıldığında ise Bcl-2 mRNA ekspresyonu daktinomisin (2,11 kat) ve Gal+daktinomisin (5,4 kat) gruplarında daha yüksekti (Şekil 3B).
p53 mRNA ekspresyonu tüm gruplarda kontrol grubuna göre arttı (Gal grubu için 54,55 kat, daktinomisin grubu için 201,59 kat, Gal+daktinomisin grubu için 11,99 kat) (p<0,05). p53 mRNA ekspresyonu, Gal grubuna kıyasla, daktinomisin grubunda artarken (3,64 kat) ve Gal+daktinomisin grubunda (4,72 kat) azaldı (p<0,05) (Şekil 3C).
Kontrol grubu ile karşılaştırıldığında tüm gruplarda Smac/DIABLO mRNA ekspresyonu arttı (Gal grubu için 105,12 kat, daktinomisin grubu için 59,75 kat, Gal+daktinomisin grubu için 56,55 kat) (p<0,05). Gal grubuyla karşılaştırıldığında ise, daktinomisin (1,76 kat) ve Gal+daktinomisin (2,26 kat) gruplarında Smac/DIABLO mRNA ekspresyonu azaldı (p<0,05) (Şekil 3D).
Kontrol grubu ve Gal grubuyla karşılaştırıldığında, top 1 mRNA ekspresyonunun Daktinomisin (3,13 kat ve 3,52 kat) ve Gal+daktinomisin gruplarında (6,83 kat ve 7,67 kat) daha yüksek olduğu görüldü (p<0,05) (Şekil 3E).
Top II mRNA ekspresyonu daktinomisin grubunda kontrol grubuna göre daha yüksekti (1,58 kat) (p<0,05). Top II mRNA ekspresyonu, Gal grubuna kıyasla (p<0,05) (Şekil 3F) daktinomisin grubunda (1,98 kat) artış gösterdi.
TARTIŞMA
Daktinomisin karaciğer hasarına yol açabilecek ciddi toksik etkilere sahiptir. Doza, kombinasyon tedavisine ve hastayla ilgili koşullara bağlı olarak daktinomisin serum AST ve ALT düzeylerini yükseltir. Bu klinik durum karaciğer hasarına kadar ilerleyebilir13. En önemli ve doğal flavonoidlerden biri polifenolik molekül Gal’dir14. Gal’in kanser tedavisindeki yararlı etkilerinin yanı sıra kemoterapi ve radyoterapiye karşı antijenotoksik olduğu da gösterilmiştir14,15. Çalışmamız Gal’in daktinomisin kaynaklı hasara karşı hepatoprotektif etkiler sağladığını in vitro göstermiştir.
Hücrelerde bulunan antioksidan enzimler arasında SOD ve CAT bulunmaktadır. SOD, süperoksit anyonunu H2O2’ye dönüştürür ve bu daha sonra CAT tarafından H2O’ya indirgenir. Ayrıca antioksidan bileşik GSH serbest radikallerle reaksiyona girerek oksitlenmiş GSH üretir. Önceki çalışmalara göre Gal’in antioksidan aktivitesi vardır16. Destekleyici olarak, çalışmamızda Gal uygulamasının antioksidan enzimler SOD ve CAT mRNA ekspresyonunu artırdığını görüldü. Ayrıca GSH mRNA ekspresyonunu artırmıştır. Sonuçlarımıza göre daktinomisin SOD, CAT ve GSH mRNA ekspresyonlarını da artırdı. Hücrenin antioksidan aktiviteyi artırabilmesi nedeniyle bu durum daktinomisinin oksidan etkilerine verilen cevaba bağlı olabilir. Gal’in koruyucu etkilerinden dolayı Gal+daktinomisin grubunda SOD ve CAT mRNA ekspresyonları daktinomisin grubuna göre daha düşüktü.
Apoptoz, canlı organizmalarda dengeyi koruyan kontrollü hücre ölümü için kullanılan terimdir. Apoptoz çeşitli hastalıkların ilerlemesinde önemli bir rol oynar. Daktinomisin birçok dokuda apoptozu tetiklemektedir ve bu da kemoterapide olumlu etkilere sahiptir. Bununla birlikte apoptoz, karaciğer hasarı gibi olumsuz etkilerde de rol oynayabilir. Hücrelerdeki apoptoz sırasında mitokondri, Apaf-1 ve ATP ile bir kompleks oluşturan sitokrom-c’yi serbest bırakır. Böylece sitozolde inhibitör Cas ve Cas-9’u aktive eden bir apoptozom kompleksi üretilir. Ayrıca Cas-9, efektör Cas olan Cas-3’ü aktive eder. Sonuçlarımıza göre daktinomisin grubunda Apaf-1 mRNA ekspresyon düzeyleri anlamlı düzeyde arttı; ancak Cas-3 ve Cas-9’un ekspresyon seviyeleri yükselmedi. Bu durum karaciğer hasarına bağlı apoptoz yolağının Cas-9 ve Cas-3’ye kadar ilerlemediğini göstermektedir17.
Bax proapoptotik etki sağlayan bir proteindir. Çalışmamızda Gal ve daktinomisin, kontrol grubuna göre Bax gen ekspresyonunu artırdı ve apoptozu indükledi. Benzer şekilde Zhang ve ark.18, Gal’in Bax düzeylerinde yükselme yoluyla apoptozu tetiklediğini göstermişlerdir. Bcl-2 antiapoptotik proteinlerden biridir. Sonuçlarımıza göre Gal+daktinomisin grubunda Bcl-2 ekspresyon düzeyleri daktinomisin grubuna göre daha yüksekti, bu da Gal’in antiapoptotik etki gösterdiğini ortaya koymaktadır. P53 DNA onarımını sağlayan bir proteindir. Daktinomisin grubunda DNA hasarına karşı savunma mekanizması nedeniyle p53 düzeyleri yüksekti. Ayrıca p53’ün Apaf-1 düzeylerini arttırarak hücreleri apoptoza duyarlı hale getirebildiği bilinmektedir. Sonuçlarımıza göre daktinomisin grubunda hem p53 hem de Apaf-1 düzeylerinin arttığı görüldü19. Ayrıca Gal, p53 seviyelerini yükseltti. Literatüre göre Gal, hücre otofajisini tetikleyen ve hücresel metabolik stresi azaltan p53 düzeylerini artırmaktadır20.
Apoptoz sırasında mitokondri, Cas’lardaki IAP inhibisyonunun azalmasına bağlı olarak apoptozu şiddetlendiren smac/DIABLO’yu serbest bırakır21. Çalışmamızda Gal uygulamasıyla artan smac/DIABLO ekspresyonunun hasarlı yapıların ortadan kaldırılmasını sağladığı görüldü. smac/DIABLO salınımı Bcl-2 tarafından zayıflatılmaktadır22. Bu bağlamda çalışmamızın sonuçları gruplarda Bcl-2 ve smac/DIABLO transkript düzeylerinin ters orantılı olduğunu ortaya koymuştur. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada fenolik bir bileşik olan ellagik asit ile de benzer sonuçlar elde edilmiştir. Elagik asidin smac/DIABLO ekspresyonunu doza bağlı bir şekilde yükselterek anti-kanser aktivitesi sağladığı gösterilmiştir23.
DNA-topoizomerazlar, DNA replikasyonu, transkripsiyonu ve kromozomal segregasyon dahil olmak üzere, DNA yapısını ve metabolizmasını düzenlemek için gerekli enzimlerdir. Top I enzimleri tipik olarak DNA çift sarmalının tek zincirini kıran monomerlerdir. Diğer yandan, iki veya daha fazla alt birime sahip Top II enzimleri, DNA’nın çift sarmalının her iki zincirini de kırma kapasitesine sahiptir24. Pek çok hastalık, oksidatif stres ve inflamasyon gibi çeşitli durumlarda topoizomeraz düzeylerinde artış görülebilmektedir25. Sonuçlarımıza göre Gal daktinomisin ile birlikte uygulandığında Top II düzeyi daktinomisin grubuna göre azalmıştı. Bu sonuç, çift sarmallı DNA hasarının Gal tarafından azaldığını göstermiştir. Ancak Gal+daktinomisin grubunda Top I düzeyinin arttığı tespit edildiğinden, daktinomisin ile birlikte uygulanan Gal miktarı tek zincir DNA hasarını onarmaya yetmemiştir.
SONUÇ
Çalışmamız Gal’in, oksidatif stresi, apoptotik yollardaki anormallikleri ve karaciğer dokusundaki çift sarmallı DNA hasarını hafifleterek daktinomisine bağlı hepatotoksisiteye karşı koruma sağlayabildiğini gösterdi. Gal’in hepatotoksisite tedavisinde kullanılabilmesi için daha ileri deneysel çalışmalara ihtiyaç vardır.