Category Archives: Apoptosis

Marine microorganism metabolites in cancer, immunity, and inflammation

J Pharm Pharmacogn Res 8(5): 368-391, 2020.

Review

Metabolites from marine microorganisms in cancer, immunity, and inflammation: A critical review

[Metabolitos procedentes de microorganismos marinos en cáncer, inmunidad e inflamación: Una revisión crítica]

Mario Riera-Romo, Liem Wilson-Savón, Ivones Hernandez-Balmaseda*

Department of Pharmacology, Institute of Marine Sciences, Havana 10600, Cuba.
Abstract

Context: Marine microorganisms represent a promising source of bioactive molecules for biomedical applications. Increasing scientific literature is describing novel metabolites isolated from marine microbes with attractive pharmacological properties, such as anti-inflammatory, immunomodulatory, and anticancer.

Aims: To reveal a background of the main marine microbial-derived products that have been isolated and characterized, including recent examples. The main mechanisms of action of these compounds in different models are also discussed.

Methods: This research was structured based on a four phases design. 1) the identification of research questions, 2) selection of relevant studies, 3) filtering of studies based on inclusion and exclusion criteria, and 4) collection and organization of the data. For the web search, were used PubMed, Web of Science, Science Direct and ProQuest. For the selection and classification of the papers was used PRISMA software.

Results: A wide variety of marine microbial metabolites with important pharmacological properties have been discovered and characterized so far. The main sources of these compounds are marine actinomycetes, bacilli, fungi from Aspergillus and Penicillium genus, microalgae, and some marine symbiotic bacteria and fungi. Most of these metabolites exhibit cytotoxic, pro-apoptotic, anticancer, anti-inflammatory, and immunomodulatory activities. Complex structural moieties, such as multiple aromatic rings and heteroatoms, seem to be related to these properties. The mechanisms of action of most of these molecules target apoptosis-related proteins, enzymes, transcription factors, DNA binding proteins and some cell surface receptors.

Conclusions: The marine environment offers an efficient and attractive way to obtain novel natural products. Marine microorganisms are a prolific source of new molecules and extracts with therapeutic potential in the treatment of chronic inflammatory diseases. They represent and ecofriendly and feasible option to obtain drug candidates with multiple mechanisms of action and important biomedical applications.

Keywords: bioactive compounds; biomedical applications; cancer; inflammation; immunity; marine microorganisms.

Resumen

Contexto: Los microorganismos marinos constituyen una fuente de moléculas bioactivas para aplicaciones biomédicas. En la literatura se han descrito metabolitos novedosos aislados de microbios marinos con propiedades farmacológicas atractivas como anti-inflamatoria, inmunomoduladora y anticancer.

Objetivos: Revelar estado del arte de los principales productos derivados de microbios marinos que han sido aislados y caracterizados, incluyendo ejemplos recientes. También se discuten los principales mecanismos de acción de estos compuestos en diferentes modelos.

Métodos: Esta investigación fue estructurada en un diseño de cuatro fases. 1) Identificación de las preguntas de investigación, 2) selección de los estudios relevantes, 3) filtrado de los estudios basado en los criterios de inclusión y exclusión, y 4) colección y organización de los datos. Para la búsqueda en la web se utilizaron PubMed, Web of Science, Science Direct and ProQuest. Para la selección y clasificación de los artículos se empleó el software PRISMA.

Resultados: Una amplia variedad de metabolitos derivados de microbios marinos con propiedades farmacológicas importantes han sido descubiertos y caracterizados hasta la fecha. Las principales fuentes de estos compuestos son los actinomicetos marinos, bacilos, hongos de los géneros Aspergillus y Penicillium, microalgas y algunas bacterias y hongos simbióticos. La mayoría de estos metabolitos exhiben actividad citotóxica, pro-apoptótica, anticancer, anti-inflamatoria e inmunomoduladora. Motivos estructurales complejos como múltiples anillos aromáticos y heteroátomos parecen estar relacionados con estas propiedades. Los mecanismos de acción de casi todas estas moléculas tienen como blanco proteínas relacionadas a la apoptosis, enzimas, factores de transcripción, proteínas de unión al ADN y algunos receptores de la superficie celular.

Conclusiones: El medioambiente marino ofrece una vía atractiva y eficiente de obtener novedosos productos naturales. Los microorganismos marinos son una fuente prolífica de nuevas moléculas y extractos con potencial terapéutico en el tratamiento de enfermedades inflamatorias crónicas. Ellos representan una opción ecológica y factible para obtener nuevos candidatos a fármacos con múltiples mecanismos de acción e importantes aplicaciones biomédicas.

Palabras Clave: aplicaciones biomédicas; cáncer; compuestos bioactivos; inflamación; inmunidad; microorganismos marinos.

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Citation Format: Riera-Romo M, Wilson-Savón L, Hernandez-Balmaseda I (2020) Metabolites from marine microorganisms in cancer, immunity, and inflammation: A critical review. J Pharm Pharmacogn Res 8(5): 368–391.

© 2020 Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research (JPPRes)

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.

© 2020 Journal of Pharmacy & Pharmacognosy Research (JPPRes)