The effect of obatoclax on induction of differentiation-dependent apoptosis in acute myeloid leukemia cells

Zaburzenia w procesie różnicowania i apoptozy są cechą typową dla ostrych białaczek szpikowych. Kluczowymi regulatorami procesu różnicowania komórek hematopoetycznych oraz szlaku mitochondrialnego apoptozy są białka rodziny Bcl-2. Nieprawidłowości w ekspresji białek z tej rodziny mogą przyczynić się do zachwiania fizjologicznej równowagi między proliferacją i śmiercią komórki, a w konsekwencji do klonalnego rozrostu komórki nieprawidłowej i rozwoju nowotworu. Dokładniejsze poznanie budowy molekularnej białek z rodziny Bcl-2 przyczyniło się do stworzenia związków naśladujących działanie białek promujących śmierć nieprawidłowych komórek. W ostatnich latach opracowano szereg inhibitorów anty-apoptotycznych białek z rodziny Bcl-2, określanych jako mimetyki domeny BH3. Jednym z takich zwiazków jest obatoklaks. Związek ten blokuje działanie anty-apoptotycznych białek rodziny Bcl-2 i równocześnie uzupełnia niedobór białek pro-apoptotycznych w komórce nowotworowej.Celem niniejszej pracy było zbadanie wpływu obatoklaksu na indukcję różnicowania i apoptozy zależnej od różnicowania w komórkach ostrej białaczki promielocytowej HL-60. Komórki białaczkowe poddano działaniu obatoklaksu w stężeniu 100 nM i 500 nM. Stosując metody mikroskopowe i cytometryczne dokonano oceny wpływu obatoklaksu na morfologię komórek, produkcję reaktywnych form tlenu, zmiany struktury i przepuszczalności błony komórkowej oraz aktywność kaspazy-3. Ponadto przeprowadzono dwuparametryczną analizę cytometryczną, w której oceniano ekspresję antygenu Cd11b oraz eksternalizację fosfatydyloseryny. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują, że obatoklaks wywołuje różnicowanie komórek HL-60 w kierunku granulocytów. Jednocześnie uzyskane w pracy wyniki wykazują, że efektywność indukcji tego procesu zależy od stężenia i czasu ekspozycji komórek HL-60 na mimetyk BH3. Potwierdzono też zdolność obatoklaksu do indukowania apoptozy zależnej od procesu różnicowania. Biorąc pod uwagę obecny stan wiedzy, wskazujący że indukcja różnicowania jest istotną strategią leczenia nowotworów hematologicznych, otrzymane wyniki wskazują na potencjalną skuteczność obatoklaksu w walce z ostrą białaczką szpikową.

The disorders of differentiation and apoptosis are hallmark of acute myeloid leukemia. The Bcl-2 protein family are the key regulators of the mitochondrial pathway of apoptosis and also hematopoietic differentiation. The abnormalities in the expression of the proteins of Bcl-2 family can contribute to the physiological imbalance between proliferation and cell death. As a consequence, clonal cell proliferation and abnormal tumor growth may occur. More accurate knowledge of the molecular structure of Bcl-2 family proteins has contribute to the synthesis of compounds that mimic the function of pro-apoptotic proteins to promote abnormal cell death. In recent years, various inhibitors of the anti-apoptotic proteins of Bcl-2 family have been developed, known as BH3 mimetics. One of them is obatoclax. This compound antagonize the function of anti-apoptotic Bcl-2 proteins and complement the pro-apoptotic protein deficiency in cancer cells.The purpose of this study was to investigate the effects of obatoclax on differentiation and differentiation - dependent apoptosis-in acute promyelocytic leukemia HL-60 cells. The leukemia cells were exposed to 100 nM and 500 nM of obatoclax. Using microscopic and cytometric methods, the effects of the tested agent on cell morphology, production of reactive oxygen species, cell membrane structure and permeability, as well as caspase-3 activity, were determined. In addition, a two-parameter cytometric analysis was performed to evaluate the expression of Cd11b and phosphatidylserine externalization. The results of this study indicate that obatoclax induced differentiation of HL-60 cells into granulocytes. The activity of obatoclax against HL-60 cells was concentration- and time-dependent. The obtained results confirmed the ability of obatoclax to induce differentiation - dependent apoptosis. Taken into account the current state of knowledge, that induction of differentiation is an effective strategy in the treatment of hematological malignancies. Thus, the obtained results indicate high effectiveness of obatoclax against acute myeloid leukemia.