Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs
Doctor of Philosophy (Biomedical Sciences), 2023
Saved in:
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Format: | Theses and Dissertations |
| Language: | English |
| Published: |
Prince of Songkla University
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19213 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Institution: | Prince of Songkhla University |
| Language: | English |
| id |
th-psu.2016-19213 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
Prince of Songkhla University |
| building |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| continent |
Asia |
| country |
Thailand Thailand |
| content_provider |
Khunying Long Athakravi Sunthorn Learning Resources Center |
| collection |
PSU Knowledge Bank |
| language |
English |
| topic |
Colorectal cancer cell Butyrate resistance Metformin Spheroid |
| spellingShingle |
Colorectal cancer cell Butyrate resistance Metformin Spheroid Kesara Nittayaboon Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| description |
Doctor of Philosophy (Biomedical Sciences), 2023 |
| author2 |
Raphatphorn Navakanitworakul |
| author_facet |
Raphatphorn Navakanitworakul Kesara Nittayaboon |
| format |
Theses and Dissertations |
| author |
Kesara Nittayaboon |
| author_sort |
Kesara Nittayaboon |
| title |
Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| title_short |
Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| title_full |
Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| title_fullStr |
Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| title_full_unstemmed |
Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| title_sort |
characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs |
| publisher |
Prince of Songkla University |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19213 |
| _version_ |
1787137877531951104 |
| spelling |
th-psu.2016-192132023-12-19T07:05:15Z Characterization of butyrate resistant colorectal cancer spheroid cells and its response to anticancer drugs คุณลักษณะของเซลล์มะเร็งลำไส้ในสภาวะ 3 มิติที่เกิดภาวะดื้อต่อสาร butyrate และการตอบสนองต่อยาต้างมะเร็ง Kesara Nittayaboon Raphatphorn Navakanitworakul Faculty of Medicine (Biomedical Sciences) คณะแพทยศาสตร์ ภาควิชาชีวเวชศาสตร์ Colorectal cancer cell Butyrate resistance Metformin Spheroid Doctor of Philosophy (Biomedical Sciences), 2023 Colorectal cancer (CRC) is the most common cancer worldwide, including Thailand. There are several risk factors for CRC, especially microbiome. Gut-microbiota plays a critical role in homeostasis and carcinogenesis. Butyrate, a short-chain fatty acid-producing by gut-microbiota, plays a role in intestinal homeostasis. Butyrate acts as anti-cancer agent by growth inhibition and apoptosis induction. However, microbiota study reveals that butyrate-producing bacteria were found in CRC patients more than normal and correlated to chemoresistance feature. We characterized the butyrate resistance (BR) CRC cells by treating the HCT-116 and PMF-ko14 cells line with a maximum butyrate concentration of 3.2 mM. The butyrate 50% inhibitory concentration (IC50) were increase in BR cells. The butyrate resistance mechanism was investigated with butyrate influx, and drug efflux genes expression. The increasing of influx and efflux gene expression in BR cells were found comparing to parental (PT) cells. Proteomic analysis was used to distinguish the normal and butyrate-resistant phenotype. Cell migration was used to evaluate the aggressive behavior of BR cells. The analysis reveal that HCT-BR cell show lower migration rate; however, the PMF-BR cell show higher migration rate than their PT cell. The cross-resistance to anti-cancer drugs was elucidated. We found the cross-resistance of metformin (MET) and oxaliplatin in HCT cells, and 5-fluorouracil was cross-resistance in PMF cells. Our study suggests that acquisition of resistance to butyrate induces chemoresistance in CRC cells, which may play an important role in CRC development, treatment, and metastasis. Moreover, we would like to further investigate the cytotoxicity of MET, an anti-diabetic drug with an anti-cancer activity, on PMF-BR -CRC cells in a 3D spheroid culture model. The results demonstrated that MET decreases spheroid size, viability, migration. Meanwhile, MET increases spheroid death through caspase 3/7 activity. The molecular mechanism from western blotting revealed that AMP-activated protein kinase (AMPK) and AKT serine/threonine kinase 1(Akt) were significantly upregulated in MET treatment group, whereas Acetyl-CoA-carboxylase (ACC) and mammalian target of rapamycin (mTOR) were downregulated. This situation leads to caspase activation and apoptosis. Our results confirm that MET show a potential cytotoxicity especially on the BR cells. This finding suggest that MET is an effective strategy for drug-resistant CRC cells. Graduate scholarship, Faculty of Medicine, Prince of Songkla University โรคมะเร็งลำไส้ใหญ่และไส้ตรง เป็นโรคมะเร็งที่พบได้ทั่วโลก รวมถึงประเทศไทย ปัจจัยเสี่ยงที่ทำให้เกิดโรคมีหลายปัจจัย โดยปัจจัยหลักที่ก่อให้เกิดมะเร็งลำไส้ คือ จุลินทรีย์ในลำไส้ ซึ่งจุลินทรีย์ในลำไส้มีบทบาทสำคัญต่อระบบนิเวศภายในลำไส้ ทั้งในด้านการรักษาความสมดุลภายในลำไส้ และการก่อให้เกิดการดำเนินของโรคมะเร็งลำไส้ บิวทิเรต เป็นกรดไขมันสายสั้น ผลิตจากจุลินทรีย์ในลำไส้ มีคุณสมบัติเป็นสารต้านมะเร็ง โดยบิวทิเรตสามารถยับยั้งการเจริญของเซลล์และกระตุ้นให้เซลล์เกิดการตายแบบอะพอพโทสิส อย่างไรก็ตาม การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ในลำไส้พบว่า ผู้ป่วยมะเร็งลำไส้ที่มีภาวะดื้อต่อการรักษาด้วยยาเคมีบำบัดมีความชุกของจุลินทรีย์ที่สร้างบิวทิเรตในปริมาณสูง เมื่อเปรียบเทียบกับกลุ่มควบคุม เป็นที่น่าสนใจว่า สารบิวทิเรตอาจจะมีส่วนเกี่ยวข้องกับการเกิดมะเร็งลำไส้ และภาวะดื้อต่อการรักษาด้วยยาเคมีบำบัด การศึกษาในครั้งนี้ ผู้วิจัยได้ศึกษาลักษณะของเซลล์มะเร็งลำไส้ที่ถูกชักนำให้เกิดภาวะดื้อต่อสารบิวทิเรต เพื่อจำลองสภาวะการเกิดภาวะดื้อต่อสารบิวทิเรตภายในลำใส้ โดยใช้เซลล์มะเร็งลำไส้จำนวน 2 ชนิด คือ HCT-116 และ PMF-Ko14 นำมาบ่มด้วยสารบิวทิเรต ที่ความเข้มข้นสุดท้ายเป็น 3.2 mM เมื่อได้เซลล์ที่ดื้อต่อสารบิวทิเรต ทำการทดสอบเซลล์ดังกล่าวในแง่ของกลไกการเกิดภาวะดื้อต่อบิวทิเรต ได้แก่ การแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการนำสารเข้าและออกจากเซลล์ ซึ่งผลการทดสอบพบว่า เซลล์ที่ดื้อต่อสารบิวทิเรต (BR cell) มีการแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการนำสารเข้าและออกจากเซลล์เพิ่มขึ้น เมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ตั้งต้น (PT cell) นอกจากนั้น ผลของการวิเคราะห์โปรตีนพบว่า มีการแสดงออกของโปรตีนที่แตกต่างกันในเซลล์ทั้งสองชนิด ซึ่งสามารถจัดกลุ่มและระบุเซลล์แต่ละชนิดออกจากกันได้ การศึกษาครั้งนี้ ใช้วิธีทดสอบการเคลื่อนที่ของเซลล์ เพื่อวิเคราะห์ความรุนแรงของเซลล์ อีกทั้งยังพบว่า BR cell มีการดื้อต่อยาเคมีบำบัดด้วย โดยเซลล์ HCT-BR มีภาวะดื้อต่อยาเมทฟอร์มิน (MET) และยา oxaliplatin ในขณะที่เซลล์ PMF-BR มีภาวะดื้อต่อยา 5-fluorouracil จากผลข้างต้น สามารถยืนยันได้ว่า เซลล์ที่เกิดภาวะดื้อต่อสารบิวทิเรต จะมีภาวะดื้อต่อยาเคมีบำบัดร่วมด้วย ซึ่งภาวะเช่นนี้ มีความสำคัญต่อการดำเนินของโรคมะเร็งลำไส้ ส่งผลให้ไม่ตอบสนองต่อการรักษาและการกลับเป็นซ้ำของโรคได้ ผู้วิจัยจึงได้ทดสอบความเป็นพิษต่อเซลล์ของยา MET โดยยา MET เป็นยารักษาโรคเบาหวาน แต่ได้มีการศึกษาถึงฤทธิ์ต้านมะเร็งในมะเร็งหลายชนิด โดยผู้วิจัยได้ศึกษาเซลล์มะเร็ง PMF-ko14 ที่มีสภาวะดื้อและไม่ดื้อต่อสารบิวทิเรต ในรูปแบบ 3D spheroid ซึ่งพบว่า MET สามารถลดขนาดของ spheroid ยับยั้งการเจริญ และการเคลื่อนที่ของเซลล์ได้ นอกจากนั้น MET กระตุ้นให้เซลล์เกิดการตายแบบอะพอพโทสิส ผ่านทางกลไก caspase 3/7 ผู้วิจัยยังได้ศึกษากลไกของ MET โดยพบว่า MET กระตุ้นวิถีสัญญาณ AMP-activated protein kinase (AMPK) และ AKT serine/threonine kinase 1(Akt) อีกทั้งยับยั้งวิถีสัญญาณ Acetyl-CoA-carboxylase (ACC) และ mammalian target of rapamycin (mTOR) ซึ่งทั้งสองวิถีสัญญาณส่งผลให้มีการกระตุ้นกลไก caspase 3/7 ส่งผลให้เซลล์เกิดการตายได้ การศึกษาในครั้งนี้ แสดงให้เห็นว่า MET มีฤทธิ์ในการต้านเซลล์มะเร็ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์มะเร็งที่เกิดภาวะดื้อต่อยาเคมีบำบัด การใช้ยา MET ร่วมกับการใช้ยาเคมีบำบัด อาจเป็นทางเลือกในการรักษาโรคมะเร็งลำไส้ได้ 2023-12-19T07:04:41Z 2023-12-19T07:04:41Z 2023 Thesis http://kb.psu.ac.th/psukb/handle/2016/19213 en Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Thailand http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/th/ application/pdf Prince of Songkla University |