Substrate specificity and inhibition of chlorophyll xenobiotics transport

Białko BCRP jest jednym z transporterów należących do rodziny białek ABC. Transportuje potencjalnie niebezpiecznie związki na zewnątrz komórki w toku naturalnych procesów metabolicznych zachodzących w komórce. Jest również zaangażowane w transport potencjalnych leków w terapiach przeciwnowotworowych, co stanowi element oporności wielolekowej. Terapia fotodynamiczna jest jedną z metod leczenia nowotworów. Polega na podaniu fotoczułego związku i naświetlania miejsca jego akumulacji światłem o odpowiedniej długości fali, co prowadzi do generacji reaktywnych form tlenu oraz tlenu singletowego. Konsekwencją jest śmierć komórki głównie na drodze apoptozy lub nekrozy. Modelowymi ksenobiotykami wykorzystywanymi w doświadczeniach podjętych w obecnej pracy są pochodne chlorofilu a: feoforbid a, Zn-Chlide i Mg-Chlide. Pełnią funkcję potencjalnych fotouczulaczy, a także prawdopodobnych substratów dla transportera ABCG2. Celem pracy było sprawdzenie, czy badane związki są substratami białka BCRP, a także czy stopnień ekspresji BCRP ma wpływ na efektywność terapii fotodynamicznej. Badania przeprowadzono na ludzkich komórkach raka piersi MCF-7 z niską oraz wysoką ekspresją białka ABCG2. Wykorzystano fotosensybilizatory będące pochodnymi chlorofilu a, pełniące rolę modelowych ksenobiotyków. Przeprowadzono analizę cytotoksyczności fotouczulaczy względem komórek raka piersi. Zbadano efekt fotodynamiczny w obecności dwóch, różnych stężeń fotouczulaczy (200 i 1000 nM). Analizowano inhibicję transportu ksenobiotyków z wykorzystaniem specyficznego inhibitora Ko143, oraz efekt fotodynamiczny w obecności inhibitora. Pochodne chlorofilu pełniące rolę fotosensybilizatorów, nie są cytotoksyczne względem komórek MCF-7 i MCF-7/ABCG2. Komórki ludzkiego raka piersi MCF-7 z nadekspresją transportera ABCG2, wykazują zdecydowanie większą oporność na terapię fotodynamiczną z udziałem wymienionych fotosensybilizatorów, w porównaniu do komórek MCF-7 z niską ekspresją białka ABCG2. Zastosowanie specyficznego inhibitora, Ko143, błonowego białka transportera ABCG2, prowadzi do nasilenia efektu fotodynamicznego w komórkach nowotworowych MCF-7/ABCG2, natomiast nie prowadzi do wyraźnych zmian w nasileniu efektu fotodynamicznego w komórkach MCF-7 z niską ekspresją transportera ABCG2. Jednocześnie, wynik ten również wskazuje, że jeżeli w komórkach nowotworowych obecna jest wysoka ekspresja transportera ABCG2, to skuteczność terapii fotodynamicznej z udziałem pochodnych chlorofilu a mogłaby zostać zwiększona poprzez równoczesne podawanie inhibitora białka ABCG2 wraz z fotosensybilizatorem. Otrzymane wyniki wskazują, że ocena poziomu ekspresji transportera ABCG2 w komórkach nowotworowych powinna być jednym z kluczowych czynników, jaki należy brać pod uwagę przy stosowaniu terapii fotodynamicznej nowotworów z udziałem pochodnych chlorofilu.

The BCRP protein is one of the transporters belonging to the ABC family of proteins. It transports potentially dangerous compounds outside the cell in the course of natural metabolic processes taking place in the cell. It is also involved in the transport of potential drugs in anticancer therapies, which is part of multidrug resistance. Photodynamic therapy is one of the methods of cancer treatment. It consists in providing a photosensitive compound and irradiating the place of its accumulation with light of the appropriate wavelength, which leads to the generation of reactive oxygen species and singlet oxygen. The consequence is cell death mainly through apoptosis or necrosis. The model xenobiotics used in the experiments undertaken in the present work are chlorophyll derivatives a: pheophorbid, Zn-Chlide and Mg-Chlide. They act as potential photosensitizers as well as probable substrates for the ABCG2 transporter. The aim of the work was to check whether the tested compounds are substrates of BCRP protein, and whether the degrees of BCRP expression have an impact on the effectiveness of photodynamic therapy.The research was carried out on human MCF-7 breast cancer cells with low and high expression of ABCG2 protein. Photosensitizers that were derivatives of chlorophyll a used as model xenobiotics were used. Cytotoxicity analysis of photosensitizers against breast cancer cells was performed. The photodynamic effect was examined in the presence of two different concentrations of photosensitizers (200 and 1000 nM). The inhibition of xenobiotics transport using the specific Ko143 inhibitor was analyzed, as well as the photodynamic effect in the presence of the inhibitor.Chlorophyll derivatives that act as photosensitizers are not cytotoxic to MCF-7 and MCF-7 / ABCG2 cells. MCF-7 human breast cancer cells overexpressing the ABCG2 transporter, show significantly greater resistance to photodynamic therapy involving said photosensitizers compared to MCF-7 cells with low ABCG2 protein expression. The use of a specific inhibitor, Ko143, membrane transporter protein ABCG2, leads to enhanced photodynamic effect in MCF-7 / ABCG2 tumor cells, but does not lead to significant changes in the photodynamic effect in MCF-7 cells with low expression of the ABCG2 transporter. At the same time, this result also indicates that if high-expression ABCG2 transporter is present in tumor cells, the efficacy of photodynamic therapy involving chlorophyll a derivatives could be increased by simultaneous administration of an inhibitor of ABCG2 protein together with a photosensitizer.The obtained results indicate that the assessment of ABCG2 transporter expression in cancer cells should be one of the key factors to be taken into account when using photodynamic therapy of tumors involving chlorophyll derivatives.