Study of molecular mechanisms of proapoptotic action of novel heterocyclic 4-thiazolidone derivatives

Abstract

Цель. Исследовать механизмы индукции апоптических сигнальных путей новыми гетероциклическими производными 4-тиазолидонов со структурно отличающимися боковыми группами в злокачественных клетках млекопитающих. Методы. Окрашивание клеток аннексином V, иодидом пропидия, DAPI, Вестерн-блот анализ. Результаты. Структурно различающиеся производные 4тиазолидонов обладают схожей цитотоксической активностью (ІС50 = 5 мкМ) и индуцируют апоптоз в лейкозных (Jurkat, CCRF-CEM) и карциномных (MCF-7, MDA-MD-231) клетках. Вестерн-блот анализом с использованием ряда антител к белкам, функционирующим на разных стадиях апоптоза, показано, что структура боковых групп 4-тиазолидонов может непосредственно влиять на биологическую активность этих проапоптических белков в лейкозных клетках-мишенях. В частности, соединения Les-3120 (пиразолин-замещенный тиазолидинон) и Les-3166 (конъюгат тиазолидинона и бензтиазола) индуцируют рецептор-опосредованный апоптоз в клетках Т-лейкемии человека линии Jurkat. 4-Иминотиазолидинон Les-3372 предопределяет апоптоз митохондриального типа, опосредованный белком AIF. Выводы. Установлены структурно-функциональные взаимосвязи между специфическими боковыми группами в молекулах 4-тиазолидонов и сигнальными путями апоптоза, что позволяет конструировать новые, «гибридные» препараты с потенциальной способностью одновременно запускать несколько апоптических каскадов в клетках-мишенях. Ключевые слова: опухолевые клетки, апоптоз, 4-тиазолидоны, каспазы, AIF, структурно-функциональные взаимосвязи.

Мета. Дослідити механізми індукції апоптичних сигнальних шляхів новими гетероциклічними похідними 4-тіазолідонів зі структурно відмінними бічними групами у злоякісних клітинах ссавців. Методи. Фарбування клітин аннексином V, йодидом пропідію, DAPI, Вестерн-блот аналіз. Результати. Структурно відмінним похідним 4-тіазолідонів притаманна схожа цитотоксична активність (ІС50 = 5 мкМ), вони також індукують апоптоз у лейкозних (Jurkat, CCRF-CEM) і карциномних (MCF-7, MDA-MD-231) клітинах. Вестерн-блот аналізом із використанням низки антитіл до білків, функціонуючих на різних стадіях апоптозу, показано, що структура бічних груп 4-тіазолідонів може безпосередньо впливати на біологічну активність цих апоптичних білків у лейкозних клітинах-мішенях. Зокрема, сполуки Les-3120 (піразолін-заміщений тіазолідинон) та Les-3166 (кон’югат тіазолідинону і бензтіазолу) індукують рецептор-опосередкований апоптоз у клітинах Т-лейкемії людини лінії Jurkat. 4-Імінотіазолідинон Les-3372 зумовлює апоптоз мітохондріального типу, опосередкований білком AIF. Висновки. Встановлено структурно-функціональні взаємозв’язки між специфічними бічними групами у молекулах 4-тіазолідонів та сигнальними шляхами апоптозу, що дозволяє конструювати нові, «гібридні» препарати з потенційною здатністю одночасно запускати кілька апоптичних каскадів у клітинах-мішенях. Ключові слова: пухлинні клітини, апоптоз, 4-тіазолідони, каспази, AIF, структурно-функціональні взаємозв'язки.

Aim. Mechanisms of induction of apoptosis signaling pathways in mammalian tumor cells treated by novel heterocyclic 4-thiazolidones with different side groups were studied. Methods. Annexin V/propidium iodide and DAPI (4',6-diamidino-2-phenylindole) staining of cells, Western-blot analysis of specific proteins. Results. 4-Thiazolidone derivatives of various structure possess similar cytotoxic activity in vitro (IC50 = 5 µM), and induce apoptosis in both leukemia (Jurkat, CCRF-CEM) and carcinoma (MCF-7, MDA-MD-231) cells. Western-blot analysis of the expression of several proteins of apoptosis signaling showed that the structure of lateral groups of 4-thiazolidones may directly affect biological activity of these proteins in leukemia cells. In particular, compounds Les-3120 (pyrazoline-substituted thiazolidinone) and Les-3166 (thiazolidinone-benzothiazole conjugate) induced receptor-mediated apoptosis in Jurkat T-leukemia cells. 4-Iminothiazolidinone Les-3372 caused mitochondrial type apoptosis, mediated by AIF protein. Conclusions. Structure-functional relationships between the presence of specific side groups in novel 4-thiazolidones and the signaling apoptotic pathways induced by these compounds have been established. The obtained results allow designing new, «hybrid» compounds which can simultaneously induce more than one apoptotic pathway in tumor cells. Keywords: tumor cells, apoptosis, 4-thiazolidones, caspases, AIF, structure-functional relationships.