Antibacterial activity and anticancer activity of Rosmarinus officinalis L. essential oil compared to that of its main components

Abstract

Wnt сигнализации вызывает контекстно-специфических транскрипционных программа, которая контролирует множество процессов развития и взрослых стволовых клеток ниши1. В отсутствие Wnt, ключевые звенья этого пути, β-катенин, постоянно деградирует. Axin вместе с Аденоматозный polyposis coli (APC) опухолевых супрессоров способствует фосфорилирования β-катенина, гликоген синтазы киназы 3 (GSK3), которая выделяет его для proteasomal деградации. Если это не удается в кишечного эпителия, из-за инактивирующих мутаций APC, β-катенин стабилизируется ненадлежащим образом и, следовательно, инициирует tumourigenesis. Более того, мутации в сайты фосфорилирования β-катенина были найдены во многих других раковых заболеваний2. Unphosphorylated β-катенин накапливается и ассоциированные с ДНК-связывающих T-cell factor/lymphoid enhancer факторов (TCF/LEF), чтобы нанять ряд транскрипционных co-активаторы для его карбокси terminus3. Транскрипционный выключатели, индуцированного β-катенин-ФТС ключевые выходы Wnt/β-катенин сигнального, и определить, как в нормальных, так и злокачественных клеток судьбы1. Ниже, мы используем 'activated' или 'онкогенных' как синонимы, имея в виду unphosphorylated транскрипционно активного β-катенина.

В случае β-катенин в качестве мишени для терапевтического вмешательства при раке является подавляющим. Однако, развитие прямых ингибиторов онкогенных β-катенин имеет проверенные сложная задача: не существует устоявшейся активаторы ферментативных β-катенин, который может быть запрещен, и его основной лиганд взаимодействия поверхности обширна и делились между позитивными и негативными регуляторами4. Тем не менее, было несколько успехов в развитии косвенных низкомолекулярных ингибиторов онкогенных β-катенин, которые снижают его активность или стабильность путем воздействия одним из его регуляторов5,6,7,8.

BCL9 белков и их молекулярно-взаимодействует с β-катенин и Pygo белки появились как новые перспективные мишени для вмешательства в рак. BCL9 белки-адаптеры между β-катенин и Pygo9, и помочь их Pygo кофакторов в признании модифицированных гистонов H3 хвосты их завод homeodomain (PHD) пальцы10. BCL9 и Pygo, таким образом, стимулировать β-катенин-опосредованной транскрипции в процессе нормального развития и при колоректальных раковых клеток,9,11,12,13,14. BCL9 может быть надэкспрессироанных в раков и экспонатов опухоли-содействие эффекты мышь в модели ксенотрансплантата15. Мыши с нокаутом исследования обнаружили ключевые роли Bcl9 и Pygo2 в борьбе с β-катенин-зависимой транскрипции маркеров стволовых клеток в нормальных кишечных крипт и неоплазии16, и в молочных клеток-предшественников отсек17. Действительно, Pygo-это одна из задач, дестабилизированное малых органических молекул киназы агониста6.

Здесь мы ориентируемся на BCL9 и его взаимодействия с β-катенин. Мы разработали ИФА на основе 'плюс-минус' анализа на экран для небольших соединений, которые избирательно нарушить связывание β-катенин, чтобы BCL9, не влияя на его привязку к ФТС. Таким образом, мы определили небольшой группы химически родственных природных соединений, одно из которых, carnosic кислоты (CA) с розмарином, действует в зависимости от дозы ингибирует BCL9-β-катенин привязки in vitro и β-катенин-зависимой транскрипции в колоректальных раковых клеток. Наши биофизического анализа, выделил ключевой элемент, необходимый для CA ответа, а именно структурно-неустойчивых α-спирали (H1) на амино-terminus β-катенин Armadillo повторить домена (ARD), примыкающие BCL9-связывающего сайта. Мы предоставляем доказательства того, что ЦС действует через H1 обострить внутреннюю тенденцию ARD-N-terminus в совокупности, таким образом ослабляя in vitro привязка к BCL9. In vivo CA способствует избирательно proteasomal деградации unphosphorylated β-катенин в H1-зависимым способом. H1 таким образом, Ахиллесова пята β-катенин, и наши обнаружение β-катенин-дестабилизирующий компаунд обеспечивает доказательство-принцип новых стратегий для выявления прямых низкомолекулярных ингибиторов онкогенных β-катенин.

Wnt signalling induces a context-specific transcriptional programme, which controls numerous developmental processes and adult stem cell niches1. In the absence of Wnt, the key effector of this pathway, β-catenin, is continuously degraded. Axin together with the Adenomatous polyposis coli (APC) tumour suppressor promotes the phosphorylation of β-catenin by glycogen synthase kinase 3 (GSK3), which earmarks it for proteasomal degradation. If this fails in the colonic epithelium, because of inactivating mutations of APC, β-catenin is stabilized inappropriately and thus initiates tumourigenesis. Moreover, mutations in the phosphorylation sites of β-catenin have been found in many other cancers2. Unphosphorylated β-catenin accumulates and associates with the DNA-binding T-cell factor/lymphoid enhancer factors (TCF/LEF), to recruit a range of transcriptional co-activators to its carboxy terminus3. The transcriptional switches induced by β-catenin-TCF are the key outputs of Wnt/β-catenin signalling, and determine both normal and malignant cell fates1. Below, we use 'activated' or 'oncogenic' interchangeably, referring to unphosphorylated transcriptionally active β-catenin.

The case for β-catenin as a target for therapeutic intervention in cancer is overwhelming. However, developing direct inhibitors of oncogenic β-catenin has proven a formidable challenge: there are no well-established enzymatic activators of β-catenin that could be inhibited, and its main ligand interaction surface is extensive and shared between positive and negative regulators4. Nevertheless, there have been several successes in developing indirect small-molecule inhibitors of oncogenic β-catenin, which reduce its activity or stability by targeting one of its regulators5,6,7,8.

BCL9 proteins and their molecular interfaces with β-catenin and Pygo proteins have emerged as promising new targets for interference in cancer. BCL9 proteins are adaptors between β-catenin and Pygo9, and assist their Pygo cofactors in recognizing modified histone H3 tails by their plant homeodomain (PHD) fingers10. BCL9 and Pygo thus promote β-catenin-mediated transcription during normal development and in colorectal cancer cells9,11,12,13,14. BCL9 can be overexpressed in cancers and exhibits tumour-promoting effects in mouse xenograft models15. Mouse knockout studies have uncovered key roles of Bcl9 and Pygo2 in controlling β-catenin-dependent transcription of stem cell markers in normal intestinal crypts and neoplasias16, and in the mammary progenitor cell compartment17. Indeed, Pygo is one of the targets destabilized by a small-molecule kinase agonist6.

Here we focus on BCL9 and its interaction with β-catenin. We developed an ELISA-based 'plus–minus' assay to screen for small compounds that disrupt selectively the binding of β-catenin to BCL9 without affecting its binding to TCF. We thus identified a small group of chemically related natural compounds, one of which, carnosic acid (CA) from rosemary, acts in a dose-dependent manner to inhibit BCL9-β-catenin binding in vitro, and β-catenin-dependent transcription in colorectal cancer cells. Our biophysical analysis pinpointed a key element required for the CA response, namely a structurally labile α-helix (H1) at the amino terminus of the β-catenin Armadillo repeat domain (ARD), abutting the BCL9-binding site. We provide evidence that CA acts through H1 to exacerbate an intrinsic tendency of the ARD N-terminus to aggregate, thus attenuating in vitro binding to BCL9. In vivo, CA promotes selectively the proteasomal degradation of unphosphorylated β-catenin in an H1-dependent manner. H1 is thus an Achilles' Heel of β-catenin, and our discovery of a β-catenin-destabilizing compound provides proof-of-principle for new strategies to identify direct small-molecule inhibitors of oncogenic β-catenin.