Apoptosis induced by a pigment from Exiguobacterium sp.

J Pharm Pharmacogn Res 8(1): 78-91, 2020.

Original Article

Caspase mediated cytotoxicity of a yellow pigment produced by Exiguobacterium alkaliphilum on human cancer cell lines

[Citotoxicidad mediada por caspasa de un pigmento amarillo producido por Exiguobacterium alkaliphilum en líneas celulares de cáncer humano]

Bharath Gajaraj*, Varalakshmi Nadumane

Department of Biotechnology, School of Sciences, Jain University, 18/3, 9th Main, 3rd Block, Jayanagar, Bangalore- 560011, India.
Abstract

Context: Investigation of microbial diversity for the identification of novel bioactive compounds or therapeutics is a more potential and incessant ongoing process for drug development research. Many tumors are generally metastasized at the time of diagnosis and restorative surgery is rarely achieved. As response rates to chemotherapy are low, surgery remains the only effective treatment. Consequently, a substantial need for new therapeutic options is essential. The promotion of apoptosis in cancer cells could potentially lead to the regression and improved prognosis of cancer.

Aims: To assess the in vitro anticancer activity of the pigment extracted from E. alkaliphilum on cancer cell lines.

Methods: The effect of a pigmented compound produced by Exiguobacterium alkaliphilum, isolated from a soil sample was investigated on various human cancer cell lines. Proliferation and viability were analyzed using cell counting and MTT cell proliferation assay. Quantification of lactate dehydrogenase (LDH), a cytosolic enzyme, which is an indicator of cellular toxicity was carried out. Apoptosis was determined by DNA fragmentation, and by colorimetric assays for caspases 3, 7 and 10. The cell cycle analysis was also performed using a flow cytometer, by fixing the cells with propidium iodide. The structural elucidation of the active compound was analyzed by GC-MS.

Results: Pigment extracted from E. alkaliphilum showed a time and dose-dependent reduction of proliferation in HepG2, HeLa, MCF7, Jurkat and K562 cell lines with lower IC50 concentrations and induction of apoptosis was significantly evident from the caspase assay and DNA fragmentation.

Conclusions: The pigment showed a significant anticancer property on cancer cell lines and this study thereby provides a rationale for pre-clinical and clinical evaluation for the effective treatment of cancer.

Keywords: anticancer; caspase; cell cycle; DNA fragmentation; microbial pigments.

Resumen

Contexto: La investigación de la diversidad microbiana para la identificación de nuevos compuestos bioactivos o terapéuticos es un proceso continuo más potencial e incesante para la investigación del desarrollo de fármacos. En general, muchos tumores tienen metástasis al momento del diagnóstico y rara vez se logra una cirugía restauradora. Como las tasas de respuesta a la quimioterapia son bajas, la cirugía sigue siendo el único tratamiento efectivo. En consecuencia, una necesidad sustancial de nuevas opciones terapéuticas es esencial. La promoción de la apoptosis en las células cancerosas podría conducir a la regresión y al mejor pronóstico del cáncer.

Objetivos: Evaluar la actividad anticancerígena in vitro del pigmento extraído de E. alkaliphilum en líneas celulares de cáncer.

Métodos: Se investigó el efecto de un compuesto pigmentado producido por Exiguobacterium alkaliphilum, aislado de una muestra de suelo en varias líneas celulares de cáncer humano. La proliferación y la viabilidad se analizaron usando el conteo celular y el ensayo de proliferación celular MTT. Se realizó la cuantificación de lactato deshidrogenasa (LDH), una enzima citosólica que es un indicador de toxicidad celular. La apoptosis se determinó mediante fragmentación de ADN y mediante ensayos colorimétricos para las caspasas 3, 7 y 10. El análisis del ciclo celular también se realizó usando un citómetro de flujo, fijando las células con yoduro de propidio. La elucidación estructural del compuesto activo se analizó por GC-MS.

Resultados: El pigmento extraído de E. alkaliphilum mostró una reducción de la proliferación dependiente del tiempo y la dosis en las líneas celulares HepG2, HeLa, MCF7, Jurkat y K562 con concentraciones más bajas de IC50 y la inducción de apoptosis fue significativamente evidente a partir del ensayo de caspasa y la fragmentación del ADN.

Conclusiones: El pigmento mostró una propiedad anticancerígena significativa en las líneas celulares de cáncer y, por lo tanto, este estudio proporciona una justificación para la evaluación preclínica y clínica para el tratamiento efectivo del cáncer.

Palabras Clave: anticancerígeno; caspasa; ciclo celular; fragmentación de ADN; pigmentos microbianos.

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Citation Format: Bharath PG, Varalakshmi KN (2020) Caspase mediated cytotoxicity of a yellow pigment produced by Exiguobacterium alkaliphilum on human cancer cell lines. J Pharm Pharmacogn Res 8(1): 78–91.

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