بررسی اثر سایتوتوکسیک چالکون سنتتیک جدید حامل گروه4-متوکسی فنیلبر رده سلولی HeLa با روش MTT

باقرسیدعلیپور ^*1، مقدسه فاضلی ²، سلمان احمدی اسب چین³، حمید چشمی⁴، لیلا سادات الداغی⁵

¹ استادیار، دکتری تخصصی بیوشیمی، گروه زیست سلولی و مولکولی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

² کارشناس ارشد تکوین سلولی، گروه زیست سلولی و مولکولی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد قائم شهر، قائم شهر، ایران

³ دانشیار، دکتری تخصصی میکروبیولوژی، گروه زیست سلولی و مولکولی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه مازندران، بابلسر، ایران

⁴ مربی گروه بیوشیمی، مرکزتحقیقات سلولی ومولکولی، دانشکاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران

⁵ کارشناس ارشد تکوین سلولی، مرکزتحقیقات سلولی و مولکولی، دانشکاه علوم پزشکی سبزوار، سبزوار، ایران

* نشانی نویسنده مسئول: دانشگاه مازندران، دانشکده علوم پایه، گروه زیست سلولی و مولکولی، باقر سید علیپور

E-mail: b.alipour81@gmail.com

وصول: 26/1/1394، اصلاح: 26/2/1394، پذیرش:31/5/1394

مقدمه

سرطان از جمله بیماری های مزمنی است که در سلول های مختلف، مسیرهای سیگنالینگ و عملکرد سلولی را در اختیار گرفته و از طریق  غیر طبیعی شدن تکثیر سلولی و ایجاد اختلال در آپوپتوز بدن را درگیر می نماید (1). این بیماری که انواع مختلفی را شامل می شود، یکی از شایع­ترین علل مرگ و میر در جوامع بشری بوده بطوری که بر اساس گزارش سازمان بهداشت جهانی، حدود 13 درصد از کل مرگ و میر انسان ها در سراسر جهان ناشی از این بیماری می باشد. در این میان، سرطان گردن رحم ششمین سرطان شایع در بین همه انواع سرطان­ها و دومین علت مرگ ناشی از این نوع بیماری ها در زنان است (2). اگرچه درمان­های رایج کنونی توانسته­اند پیش آگهی مبتلایان به این سرطان را بهبود بخشند، امّا بسیاری از این تومورها به اقدامات درمانی کنونی پاسخ نمی­دهند (3). بنابراین در مورد سرطان گردن رحم نیز همانند سایر سرطان­ها، تلاش برای یافتن داروهای مؤثرتر و با عوارض جانبی کمتر ادامه دارد.  سلولHela  رده ای از سلول های سرطانی انسانی است که در سال 1951 از سرطان گردن رحم جدا شد و اکنون در بسیاری از مطالعاتی که روی سلول های سرطانی انجام می شود مورد توجه و استفاده قرار می­گیرد (4). از طرفی، تا کنون محققان زیادی در سرتاسر جهان تلاش های موثری را جهت شناسایی ترکیبات جدید طبیعی یا سنتزی که دارای خواص ضد سرطانی مفید و موثری باشند بکار گرفته اند. از جمله این مواد، ترکیبات آلی هتروسایکلیک می باشند که به دلیل وجود گروه های واکنش دهنده و خاصیت سیتوتوکسیک ساختاری آنها به منظور درمان احتمالی تومورها مورد توجه قرار گرفته اند. چالکون ها کتون های آروماتیکی هستند که ساختار هسته مرکزی آنها معمولا در برهمکنش های زیستی شان اهمیت دارد (5). همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است این گروه از ترکیبات، کتون های غیر اشباع متشکل از دو حلقه آروماتیک (حلقه هایA  وB) و پیوند های دو گانه کونژوگه و سیستم الکترونی غیر مستقر در هر دو حلقه بنزن هستند (6 , 7). چالکون ها در طبیعت از طریق دو مسیر ساخته می شوند که در هر دو مورد، استخلاف های مورد نظر، به صورت همزمان، بر روی موقعیت های شماره 2و 4و 6 می نشینند در حالی که در چالکون مورد استفاده در این مطالعه شرایط سنتزی ایجاد گردیده و استخلاف مورد نظر تنها روی جایگاه 4 قرار داده شده است. امری که با توجه به مطالعات پیشین، احتمالا از طریق برهمکنش الکترونی با جایگاه فعال آنزیم بر رفتار و سرنوشت سلول تیمار شده تاثیر می گذارد. این نکته جالب توجه است که گروه متوکسی از طریق برهمکنش با آرژنین موجود در ساختار پروتئین ها موجب اعمال اثر ساختاری احتمالی می شود (8).

چالکون ها پیش سازهای مهمی به منظور سنتز بسیاری از هتروسایکل های بیولوژیکی کلیدی همچون benzothiazepine،  pyrazolines ،1-4-diketones  و Flavon می باشند. این ترکیبات در گیاهان خوراکی فراوان بوده و به عنوان پیش سازی برای گروه های فلاونوئیدی و ایزوفلاونوئیدی در نظر گرفته می شوند (9). از این رو و با توجه به مطالعات گذشته که اثرات سمیت ترکیبات چالکونی بر سلول های سرطانی را عنوان نموده اند، در این مطالعه اثر سمیت سلولی چالکون سنتیتیک جدید بر رده سلول های سرطانی Hela و تعیین IC₅₀مربوطه به این ماده مدنظر قرار گرفته است.

مواد و روش ها

تعیین میزان سمیت سلولی

در این مطالعه تجربی، ابتدا 4 میلی گرم از چالکون مورد نظر(E)-1-(6-hydroxy-3-(prop-1-en-2-yl) benzofuran-5-yl)-3-(4-methoxy phenyl) prop-2-en-1-one) که در آزمایشگاه شیمی آلی دانشگاه قائم شهر سنتز شده بود توسط ترازوی حساس دیجیتالی توزین گردید. ترکیب مذکور در 100 میکرو لیتر حلال دی متیل سولفوکساید (DMSO) حل گردید و در نهایت با محیط کشت RPMI-1640 به حجم  12 میلی لیتر رسیده و رقت­های مورد نظر شامل  10 ، 20 ، 40  و 60 میکروگرم بر میلی لیتر از آن تهیه شد. میزان DMSO در محلول نهایی موجود در چاهک های کشت سلول کمتر از یک درصد محاسبه گردید تا اثر سمیت این ماده به حداقل مقدار خود برسد.

رده­ سلولی Hela از بانک سلولی انستیتو پاستور ایران خریداری شد و در محیط کشت مایع RPMI1640 حاوی 10 درصد سرم جنین گاو (FBS) غیر فعال شده، 2 میلی مولار گلوتامین، محلول پنی سیلین (100 واحد در هر میلی لیتر) و استرپتومایسین (100 میکرو گرم در میلی لیتر) و در شرایط دمایی 37 درجه سانتی­گراد همراه با 5 درصد CO₂ و 95 درصد رطوبت کشت گردید. پس از 72 ساعت تیمار سلول ها با غلظت های مورد نظر و در شرایط مذکور، به منظور بررسی اثر سمیت سلولی ماده مورد مطالعه از روش رنگ سنجی با استفاده از نمک تترازولیوم معروف به تست MTT استفاده شد(16). پس از کشت سلول ها و پر شدن کف چاهک های پلیت در حد 70 تا 80 درصد، رقت‌های مناسب از چالکون مورد نظر تهیه و 100 میکرولیتر از هر رقت به چاهک‌های پلیت اضافه گردید. سپس سلول‌ها به مدت 72 ساعت در دمای 37 درجه و 5% CO₂ در انکوباتور قرار داده شدند. در نهایت، به هر چاهک 20 میکرولیتر از محلول 5  میلی گرم بر میلی یتر MTT (سیگما)اضافه شد. پلیت ها به مدت 4 ساعت انکوبه شده و در نهایت، محلول رویی خارج و به هر چاهک 100 میکرولیتر DMSO اضافه گردید تا بلورهای فورمازان تشکیل شده حل گردد. به منظور تعیین میزان جذب نوری هر چاهک که معرف میزان سلول های زنده آن می باشد، جذب نوری در 570 نانومتر توسط دستگاه الایزا ریدر((Awareness Technology Inc, Stat Fax2100 خوانده شد. چاهک های دارای سلول و بدون چالکون به عنوان کنترل و چاهک های بدون سلول و تنها دارای محیط کشت به همراه سرم جنین گاوی به عنوانBlank  در نظر گرفته شدند. از سلول های نرمال لنفوسیتی نیز به منظور تعیین اثر سمیت احتمالی ترکیب مورد نظر بر سلول های طبیعی غیرسرطانی استفاده گردید. تعیین درصد بقای سلولی به کمک فرمول زیر محاسبه شد:

و در نهایت، با توجه به مقادیر جذب نوری بدست آمده بوسیله دستگاه الایزا ریدر در صد مهار رشد مربوط به هر غلظت با بکار گیری فرمول زیر محاسبه شد:

تعیین نوع مرگ سلولی از طریق رنگ آمیزی دوگانه آکریدین اورنج / پروپیدیوم آیوداید

پس از تهیه سوسپانسیون سلولی و کشت سلول ها در چاهک های پلیت 96 خانه ای، مقدار چالکونی که با توجه به داده های مرحله قبل دارای بیشترین اثر مهاری بر سلول های سرطانی بود (غلظت 40 میکروگرم بر میلی لیتر) به چاهک ها اضافه شد، یک ردیف از چاهک ها به عنوان گروه کنترل انتخاب شد تا بقیه چاهک ها با آن سنجیده شوند. سلول ها به مدت 24 ساعت با غلظت چالکون مورد نظر تیمار گشته، سپس محیط رویی را خارج کرده و حدود 100 میکرولیتر الکل 95% به چاهک ها اضافه شده و به منظور تثبیت نمودن سلول ها، مدت 30 دقیقه در دمای 4 درجه ی سانتی گراد قرار داده شدند. در نهایت، الکل هر چاهک، خارج شد و سلول های تثبیت شده با مخلوطی از 10 میکروگرم بر میلی لیتر آکریدین اورنج (AO) و50 میکروگرم بر میلی لیتر پروپیدیوم آیوداید (PI) به مدت 30 دقیقه در دمای اتاق تیمار گردیدند. در گام آخر، مخلوط رنگی خارج گشته و چاهک ها با PBS شستشو داده شد و با استفاده از میکروسکوپ فلورسانس با درشت نمایی 200 مورد مطالعه قرار گرفت.

روشتجزیهوتحلیلآماریداده ها

داده ها به صورت میانگین±انحراف معیار (SD) حاصل از 3 تکرار نمایش داده شده اند. جهت رسم

یافته ها

به منظور بررسی اثرات سمیت سلولی چالکون جدید بر رده سلولی Hela غلظت های مختلفی از چالکون تهیه و بر روی سلول Hela اثر داده شد. از آنجایی که برای حل کردن ترکیب مورد نظر از DMSO استفاده شد از این محلول به عنوان کنترل استفاده شد. نتایج نشان می دهد DMSO در غلظت به کار برده شده، اثر معنی داری بر سلول Hela در مقابل گروه کنترل نداشته است. نتایج بدست آمده در این مطالعه نشان می دهد که ترکیب مورد مطالعه بر رده سلولی سرطانی Hela در غلظت های 10 ، 20 ، 40 ، 60 میکروگرم بر میلی لیتر

نتایج مربوط به بررسی تغییرات ایجاد شده در سلول های سرطانی HeLa  در طی آپوپتوز

تغییرات ایجاد شده در سلول در طی مرگ برنامه ریزی شده سلولی با میکروسکوپ معکوس فلورسانس با بزرگنمایی X200 مورد بررسی قرار گرفت. آکریدین اورنج به تمامی سلول ها (مرده و زنده) نفوذ می کند. سلول های دارای هسته یکنواخت، سلول های زنده هستند در حالی که سلول هایی که کروماتین متراکم شده و یا قطعه قطعه شده را نمایان ساختند به عنوان سلول های مرده درنظر گرفته شدند. همان طور که در شکل 2 مشاهده می شود پس از تیمار 24 ساعته سلول ها با غلظت 40 میکروگرم بر میلی لیتر چالکون مورد نظر، ریخت شناسی سلول های تحت تیمار در مقایسه با سلول های گروه کنترل تغییر کرد.

بحث

مواد پلی فنولی در اکثر گیاهان وجود دارند و نشان داده شده که فلاونوئیدها فعالیت ضد باکتری، ضد التهابی، ضد حساسیت،  ضد ویروسی، ضد سرطانی، ضد ترومبوتیک و گشاد کنندگی عروق دارند (10). در طول دهه گذشته ، تقریبا 90  ترکیب چالکونی با فعالیت های ضدتوموری مختلف گزارش شده و عنوان شده است که این مواد عمدتا موجب شروع مرگ برنامه ریزی شده سلولی و اختلال در فاز میتوزی چرخه سلول می شوند(11).  این مواد گروهی از ترکیبات پلی فنولی مشتق از گیاه و متعلق به خانواده فلاونوئید ها به حساب می آیند که باعث القای آپوپتوز و مهار مسیر چرخه سلولی در فاز G2/M می شوند (12). به عنوان مثال، چالکون 1,3-diphenylpropen-1-ones که عضوی از خانواده فلاونوئید ها است تا کنون به طور وسیعی در سطوح درمانی مختلف مخصوصا به عنوان داروی احتمالی آنتی تومور مورد ارزیابی قرار گرفته و بررسی ها نشان داده که این ماده با افزایش بیان مولکول های پیش آپوپتوزی روی چرخه سلولی تاثیر گذاشته و باعث مهار چرخه سلولی می شود (13).

چالکون ها و مشتقات آنها با افزایش کاربرد های متعدد دارویی توجه محققان را به خود جلب کرده اند. از این رو و به منظور یافتن ترکیبات سنتزی ضد سرطان قوی و البته با عوارض جانبی کمتر، در این تحقیق اثر مهارکنندگی چالکون سنتتیک (E)-1-(6-hydroxy-3-(prop-1-en-2-yl)  benzofuran-5-yl)-3-(4-methoxy phenyl) prop-2-en-1-one مورد ارزیابی قرار گرفت. مطالعات قبلی نشان داده اند که مشتقات چالکون حاوی گروه متوکسی بر روی حلقه آروماتیک، دارای اثر مهاری بر تکثیر سلول های سرطانی می باشد (14). امری که نتایج حاصل از این مطالعه را تایید کرده و آن را قابل اعتمادتر می سازد. از طرف دیگر، بررسی اثرات سمیت سلولی 2-4- متوکسی فنیل)-بنزوایمیدازول بر سلول های سرطان پستان و تعیین میزان زنده ماندن این سلول ها نشان داده که میزان  IC ₅₀ برای سلول های MCF -7 پس از گذشت 48 و 72 ساعت به ترتیب برابر 135 و 40 میکروگرم بر میلی لیتر بوده است (15و 16) و این در حالی است که در این مطالعه نیز میزان مذکور برای سلول های Hela در مدت زمان 72 ساعت معادل 40 میکروگرم بر میلی لیتر تعیین گردیده است. به این نکته باید توجه نمود که جهت برآورد و نتیجه گیری بهتر و نهایی در مورد اهمیت و کارایی این مواد در زمینه ایجاد آپوپتوز در سلول های سرطانی باید سمیت مواد مذکور بر روی سلول های نرمال نیز مورد نظر قرار گیرد. البته می توان اثر احتمالی این نوع از مواد را بر کلیه سلول ها تا حدی پیش بینی نمود. به این صورت که چالکون ها علاوه بر توقف چرخه سلولی در مرز G2/M از طریق مسیر وابسته به میتوکندری باعث آپوپتوز می شوند. این مواد باعث کاهش شدید سطح Bcl-2 و متعاقب آن افزایش Bax در میتوکندری می شوند. بنابراین چالکون در مسیر وابسته به میتوکندری باعث آزاد سازی سیتوکروم C از میتوکندری و درحقیقت بصورت غیر مستقیم موجب فعال شدن کاسپاز 9 و آپوپتوز می گردد (17و 18و 19). نتایج بدست آمده بیانگر سمیت سلولی چالکون سنتتیک بر رده سلولی سرطان Hela بوده که با نتایج گزارش شده در مطالعات مشابه و مکانیسم اثر چالکون هم راستا می باشد. همانطوری که در شکل 2 مشاهده می شود مقایسه نتایج حاصل از تست MTT و رنگ آمیزی دوگانه نشان می دهد که غلظتی از چالکون که با درصد بالای مهار رشد همراه است توانسته در روش رنگ آمیزی دوگانه موجب القای اپوپتوز در سلول های تحت تیمار گشته و پس از 24 ساعت ریخت شناسی سلول ها را بصورت متراکم شدن مواد هسته ای و قطعه قطعه شدن کروماتین سلول ها تغییر دهد. برخی مطالعات نیز سمیت این ماده بر سلول های TCC را تایید کرده و عنوان نموده اند که این ماده می تواند اثرات خود را از طریق ایجاد گرانول های سیتوپلاسمی مخصوصا بعد از 72 ساعت ظاهر سازد (20) . بررسی تغییرات ریختی سلول های مورد مطالعه نشان داد که ماده مورد مطالعه موجب تشکیل اجسام آپوپتوزی و حباب زدگی غشا گشته و احتمالا می توان این موارد را به وقوع مرگ برنامه ریزی شده در سلول های تحت تیمار نسبت داد. هرچند که یقینا به منظور اثبات موارد مذکور، مطالعات دقیق تری مورد نیاز است.

نتیجه گیری

نتایج این مطالعه نشان داد که چالکون سنتتیک جدید دارای خاصیت مهارکنندگی بر رده سلولی سرطانی Hela می باشد. البته به منظور نتیجه گیری قطعی مکانیسم سلولی نوع تاثیر این ماده، انجام مطالعات بیشتر بر روی دیگر رده های سلولی و تست های تخصصی تری که بر بیان ژن ها و پروتئین های آپوپوپتوزی تمرکز نمایند امری ضروری می باشد.

تشکر و قدر دانی

بدین وسیله سپاسگزاری خود را از کارشناسان محترم آزمایشگاه، جناب آقای قاسمی و سرکار خانم محمدی که در امور مربوط به آزمایشات این مطالعه، محققان این پژوهش را یاری نمودند اعلام می داریم

.

References

1. Ranjit PM, Rahaman SA, Kumar KP, Prasad YR, Santhipriya T, Sudeepthi NL. Synthesis, Screening and in vitro Anticancer Activity of Piperazine Nucleus Containing Novel Chalcones on Different Cell Lines. Int J Pharm Tech Res. 2013; 5(1):284-93.
2. Castellsague X, Diaz M, Sanjose S. Worldwide human papillomavirus etiology of cervical adenocarcinoma and its cofactors: implications for screening and prevention. J Natl Cancer Inst. 2006; 98: 303–15.
3. Magné N, Chargari C, Deutsch E, Castadot P, Ghalibafian M, Bourhis J. Molecular profiling of uterine cervix carcinoma: an overview with a special focus on rationally designed target-based anticancer agents. Cancer Metastasis Rev. 2008; 27(4):737-50.
4. Scherer WF, Syverton JT, Gey GO. Studies on the propagation in vitro of poliomyelitis viruses. IV. Viral multiplication in a stable strain of human malignant epithelial cells (strain HeLa) derived from an epidermoid carcinoma of the cervix. J Exp Med. 1953; 97(5):695-10.
5. Motta LF, Gaudio AC, Takahata Y. Quantitative structure-activity relationships of a series of chalcone derivatives (1,3-diphenyl-2-propen-1-one) as anti-Plasmodium falciparum agents (antimalaria agents). Internet Electron J Mol Des. 2006; 5:555-69.
6. Awasthi SK, Mishra N, Kumar B, Sharma M, Bhattacharya A, Mishra LC et al. Potent antimalarial activity of newly synthesized substituted chalcone analogs in vitro. Med Chem Res. 2009; 18:407-20.
7. Lim SS, Kim HS, Lee DU. In vitro antimalarial activity of flavonoids and chalcones. Bull Korean Chem Soc. 2007; 28(12): 2495-2497.
8. Sivakumar PM, Ganesan S, Veluchamy  P, Doble M. Novel chalcones and 1, 3, 5-triphenyl- 2-pyrazoline derivatives as antibacterial agents. Chem Biol Drug Des. 2010; 76: 407–11.
9. Rahman A, Qureshi R,  Kiran M, Ansari FL. Electron Affinities, Solvation Energies and Redox Potentials of Some Chalcones: Substituents`Effect and Correlation with Semi-Empirical MO Energies. Turk J Chem. 2007; 31: 25–34.
10. Alan L, Miller ND. Antioxidant Flavonoids: Structure, Functionand Clinical Usage. Alt Med Rev. 1996; 1(2): 103-11.
11. Edwards ML, stemerick Dm, sunkara PS. Chalcones: a new class of antimitotic agents. J med chem. 1990; 33: 1948-54.
12. Katsori AM1, Hadjipavlou-Litina D. Chalcones in cancer: understanding their role in terms of QSAR. Curr Med Chem. 2009; 16(9):1062-81.
13. Boumendjel A, Ronot X, Boutonnat J. Chalcones derivatives acting as cell cycle blockers: potential anti cancer drugs? Curr Drug Targets. 2009; 10(4):363-71.
14. Choi EJ, Lee JI, Kim GH. Effects of 4, 7-dimethoxyflavanone on cell cycle arrest and apoptosis in human breast cancer MCF-7 cells. Arch Pharm Res. 2011; 34: 2125–30.
15. white AW,  curtin NJ, Eastman BW, Golding BT,  Hostomsky Z, Kyles Lij, et al. potentiation of cytotoxic drug activity in human tumour cell lines , by  mine- substituted 2- arylbenzimidazole-4- carboxamide paop-1 in hibitors.  Bioorg Med Chem Lett.  2004; 14: 2433-37.
16. Hassan zadeh H,  Matin MM,  Bahrami AR,  Saeinasab M, Rahimizadeh M,  Eshghi H,  et al. Evaluating the in Vitvo toxicity of 2-(4-methoxyphenyl)-1H-  benzodimidazole on MCF7 cells. Proceedings of the 7th National Biotechnology Congress of I.R.Iran. 12-14 Sep, 2011, Niroo Research Institute, Tehran, Iran.
17. Hseu YC1, Lee MS, Wu CR, Cho HJ, Lin KY, Lai GH, et al. The chalcone flavokawain B induces G2/M cell-cycle arrest and apoptosis in human oral carcinoma HSC-3 cells through the intracellular ROS generation and downregulation of the Akt/p38 MAPK signaling pathway. J Agric Food Chem. 2012; 60(9):2385-97.
18. Yang HL, Chen SC, Chen CS, Wang SY, Hseu YC. Alpinia pricei rhizome extracts induce apoptosis of human carcinoma KB cells via a mitochondria-dependent apoptotic pathway. Food Chem Toxicol. 2008; 46: 3318−24.
19. Lin E, Lin  WH,  Wang  SY,  Chen  CS,  Liao  J W, Chang  HW, et al. Flavokawain B inhibits growth of human squamous carcinoma cells: Involvement of apoptosis and cell cycle dysregulation in vitro and in vivo. J Nutr Biochem. 2012; 23(4):368-78.
20. Liang H, Salinas RA, Leal BZ, Kosakowska-Cholody T, Michejda C J, Waters SJ, et al. Caspase-mediated apoptosis and caspaseindependentcell-death induced by irofulven in prostate cancer cells. Mol. Cancer Ther. 2004; 3: 1385−96.

*Bagher Seyedalipour.,

Assistant Professor, PhD in Biochemistry, Department of Cellular and Molecular Biology, faculty of Basic Sciences, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.

Moghadase fazeli.,

MSc in Cellular and Developmental Biology, Departments of Cellular and Molecular Biology, Islamic Azad University, Qaemshahr, Iran.

Salman Ahmady-Asbchin.,

Associate Professor, PhD in Microbiology, Department of Cellular and Molecular Biology, faculty of Basic Sciences, University of Mazandaran, Babolsar, Iran.

Hamid Cheshomi.,

Instructor of Department of Biochemistry, Cellular and Molecular Research Center, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran.

Leilasadat aldaghi.,

MSC in Cellular and Developmental Biology, Cellular and Molecular Research Center, Sabzevar University of Medical Sciences, Sabzevar, Iran.