Differential effect of selected methylxanthine derivatives on radiosensitization of lung carcinoma cells

Abstract

Aim: Using caffeine as a reference derivative, this study was performed to investigate how other methylxanthine derivatives, theophylline, 3-isobutyl-methylxanthine and 1,3-dipropyl-7-methylxanthine, sensitize cells to radiation by modifying cell cycle checkpoints and inducing the apoptotic response. The effect of the methylxanthine derivatives was studied in response to gamma and ultraviolet radiation in a human large cell lung carcinoma cell line, null for p53, a normal lung epithelial cell line and the large cell lung carcinoma cell line stably transfected with p53. Methods: Effects of theophylline, 3-isobutyl-methylxanthine and 1,3-dipropyl 7-methylxanthine on cell-radiosensitization in comparison to caffeine tested by clonogenic survival assay, MTT assay, ELISA based apoptotic assay, flow cytometry, caspase-3 activity, TUNEL assay, and western blot analysis. Results: All the derivatives, except 3-isobutyl-methylxanthine, increased tumor cell sensitization to radiation by inducing apoptosis in the p53-null lung cancer cell line. The pattern of cell cycle progression revealed that these derivatives increased the number of cells in G1 phase by abrogating the G2/M checkpoint, directing the cells to apoptose through a p53-independent mechanism. In contrast, 3-isobutyl-methylxanthine was more potent than the other derivatives in radiosensitization of normal lung epithelial cells and the lung carcinoma cells stably transfected with wild-type p53. IBMX increased p53 protein level more than caffeine in lung carcinoma cells stably transfected with wild-type p53. Conclusion: Our results suggest that 3-isobutyl-methylxanthine might function through a p53-dependent mechanism.

Цель: провести cравнительный анализ влияния кофеина и других производных метилксантина (тиофилин (ТФ), 3-изобутил-метилксантин (3-ИБМК), 1-3-дипропил-7-метилксантин (1-3-ДП-7МК)) на радиосенсибилизацию клеток крупноклеточной карциномы легкого человека, не содержащих гена p53, нормальных эпителиальных клеток легкого и круп- ноклеточной карциномы легкого, стабильно трансфецированной геном p53. Изучали влияние производных метил­ксантина на реакцию клеток на гамма- и ультрафиолетовое облучение. Методы: радиосенсибилизацию клеток под действием кофеина, ТФ, 3-ИБМК и 1-3-ДП-7МК исследовали при помощи клоногенного анализа, МТТ-анализа, иммунофермент- ного метода, адаптированного для выявления апоптотических клеток, проточной цитометрии, спектрофотометрического метода определения каспазы-3, ТUNEL-метода, а также иммуноблоттинга. Результаты: все производные метилксан- тина, за исключением 3-ИБМК, повышали чувствительность опухолевых клеток к радиации путем индукции апоптоза клеток рака легкого, лишенных гена p53. Эти производные повышали число клеток в G1 фазе путем блока перехода G2/M клеточного цикла, вызывали апоптоз по p53-независимому механизму. В то же время 3-ИБМК проявил себя как более мощный радиосенсибилизатор нормальных эпителиальных клеток легкого, стабильно трансфецированных диким типом гена p53. 3-ИБМК повышал уровень p53 белка в большей степени, чем кофеин в клетках карциномы легкого, стабильно трансфецированных диким типом гена p53. Выводы: результаты позволяют предположить, что действие 3-ИБМК осу- ществляется по p53-зависимому пути.