Produção recombinante e estudos funcionais de três novas cistatinas da cana-de-açúcar e sua utilização em estudos de inibição da adesão, proliferação, migração e invasão celular
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Journal Title
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Publisher
Universidade Federal de São Carlos
BR
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEv
BR
UFSCar
Programa de Pós-Graduação em Genética Evolutiva e Biologia Molecular - PPGGEv
DOI
Abstract
Description
ABSTRACT
Tumor metastasis is usually a major cause of death among cancer patients.
Degradation and invasion of the extracellular matrix and basement membrane, key
steps in the metastatic process, rely on the activity of proteolytic enzymes. The levels
and activities of cathepsins B and L are considerably increased in cancer cells, and
have been related to the invasive potential of these cells. Moreover, the levels of their
endogenous inhibitors, the cystatins, are decreased, which results in an imbalance
that contributes to the development of the metastatic phenotype. Thus, the potential
use of cystatins as therapeutic agents in novel anti cancer strategies has been
suggested. The sugarcane genome project (SUCEST FAPESP) allowed the
identification of about 20 putative cystatins in this plant. In the present study, we
describe the heterologous expression, purification and characterization of three
cystatins from sugarcane, dubbed as CaneCPI-2, CaneCPI-3 and CaneCPI-4, which
showed different inhibitory activities against human cathepsins B and L. While the
three recombinant cystatins inhibited cathepsin L activity with Ki values of 0.17, 0.6
and 0.021 nM, respectively, only CaneCPI-4 was capable of efficiently inhibiting
cathepsin B activity (Ki = 0.83 nM). Considering the involvement of these cathepsins
in tumor cell invasion, the effect of the cystatins on the invasive ability of human
breast cancer MDA-MB-231 cells was assessed after the addition of the recombinant
cystatins to the cells, and in cell clones expressing the sugarcane cystatins. Overall,
the Ki values correlated with the ability of the cystatins to inhibiting the cysteine
cathepsin activity of the tumor cells as well as the cell invasion through a Matrigel
matrix. A slight reduction in the invasive ability was observed in the MDA-MB-231
cells expressing CaneCPI-4. In addition, a substantial reduction of ~ 60% in the cell
invasion was obtained in the presence of 2 µM recombinant CaneCPI-2 or CaneCPI-
3, or 0.2 µM of CaneCPI-4. Finally, the cystatins showed negligible effects on the
adhesion and proliferation of the cells. Our results open the possibility of considering
these as well as other phytocystatins as therapeutics agents in anti-cancer
strategies.
Universidade Federal de Minas Gerais
A principal causa de mortalidade em pacientes com câncer está associada ao estabelecimento de metástases pelo organismo. A degradação e invasão da matriz extracelular e lâmina basal, etapas chave no processo da metástase, envolvem a ação de enzimas proteolíticas. Em linhagens de células cancerosas as quantidades e a atividade das catepsinas B e L estão consideravelmente aumentadas, e têm sido correlacionadas ao potencial invasivo destas células. Ao mesmo tempo, as quantidades de seus inibidores endógenos, as cistatinas, estão consideravelmente diminuídas, gerando um desequilíbrio que contribui para o desenvolvimento do fenótipo metastático. Assim, no sentido de restabelecer o equilíbrio existente na célula normal, o uso das cistatinas como possíveis agentes terapêuticos em novas estratégias anti-câncer tem sido sugerido. O projeto genoma da cana-de-açúcar (SUCEST FAPESP) possibilitou a identificação de cerca de 20 possíveis cistatinas nesta planta. No presente trabalho, descreve-se a expressão heteróloga, purificação e caracterização de três cistatinas da cana-de-açúcar, denominadas CaneCPI-2, CaneCPI-3 e CaneCPI-4, as quais apresentaram diferenças na ação inibitória contra as catepsinas B e L humanas. Enquanto as três cistatinas inibiram a catepsina L com valores de Ki de 0,17, 0,6 e 0,021 nM, respectivamente, somente a CaneCPI-4 foi capaz de inibir eficientemente a catepsina B (Ki = 0,83 nM). Considerando o envolvimento das catepsinas B e L na invasão das células tumorais, o efeito das cistatinas da cana-de-açúcar sobre a habilidade invasiva da linhagem celular de câncer mamário humano MDA-MB-231 foi avaliado por meio da adição das cistatinas recombinantes às células, e também utilizando células transfectadas com os genes das cistatinas. De modo geral, os valores de Ki correlacionaram-se com a capacidade das cistatinas de inibir a atividade de cisteíno catepsinas das células tumorais, assim como, a invasão celular através de uma matriz de Matrigel. As células que expressavam a cistatina CaneCPI-4 apresentaram uma pequena redução na habilidade invasiva. Por outro lado, uma redução de ~ 60% na invasão celular foi obtida com 2 µM das cistatinas recombinantes CaneCPI-2 ou CaneCPI-3, ou 0,2 µM de CaneCPI-4. Entretanto, as cistatinas não apresentaram nenhum efeito sobre a adesão e a proliferação destas células. Nossos resultados abrem a possibilidade de considerar estas, assim como outras fitocistatinas, como possíveis agentes terapêuticos em estratégias anti-câncer.
Universidade Federal de Minas Gerais
A principal causa de mortalidade em pacientes com câncer está associada ao estabelecimento de metástases pelo organismo. A degradação e invasão da matriz extracelular e lâmina basal, etapas chave no processo da metástase, envolvem a ação de enzimas proteolíticas. Em linhagens de células cancerosas as quantidades e a atividade das catepsinas B e L estão consideravelmente aumentadas, e têm sido correlacionadas ao potencial invasivo destas células. Ao mesmo tempo, as quantidades de seus inibidores endógenos, as cistatinas, estão consideravelmente diminuídas, gerando um desequilíbrio que contribui para o desenvolvimento do fenótipo metastático. Assim, no sentido de restabelecer o equilíbrio existente na célula normal, o uso das cistatinas como possíveis agentes terapêuticos em novas estratégias anti-câncer tem sido sugerido. O projeto genoma da cana-de-açúcar (SUCEST FAPESP) possibilitou a identificação de cerca de 20 possíveis cistatinas nesta planta. No presente trabalho, descreve-se a expressão heteróloga, purificação e caracterização de três cistatinas da cana-de-açúcar, denominadas CaneCPI-2, CaneCPI-3 e CaneCPI-4, as quais apresentaram diferenças na ação inibitória contra as catepsinas B e L humanas. Enquanto as três cistatinas inibiram a catepsina L com valores de Ki de 0,17, 0,6 e 0,021 nM, respectivamente, somente a CaneCPI-4 foi capaz de inibir eficientemente a catepsina B (Ki = 0,83 nM). Considerando o envolvimento das catepsinas B e L na invasão das células tumorais, o efeito das cistatinas da cana-de-açúcar sobre a habilidade invasiva da linhagem celular de câncer mamário humano MDA-MB-231 foi avaliado por meio da adição das cistatinas recombinantes às células, e também utilizando células transfectadas com os genes das cistatinas. De modo geral, os valores de Ki correlacionaram-se com a capacidade das cistatinas de inibir a atividade de cisteíno catepsinas das células tumorais, assim como, a invasão celular através de uma matriz de Matrigel. As células que expressavam a cistatina CaneCPI-4 apresentaram uma pequena redução na habilidade invasiva. Por outro lado, uma redução de ~ 60% na invasão celular foi obtida com 2 µM das cistatinas recombinantes CaneCPI-2 ou CaneCPI-3, ou 0,2 µM de CaneCPI-4. Entretanto, as cistatinas não apresentaram nenhum efeito sobre a adesão e a proliferação destas células. Nossos resultados abrem a possibilidade de considerar estas, assim como outras fitocistatinas, como possíveis agentes terapêuticos em estratégias anti-câncer.
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