Date of Award

11-2023

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Prof. Rabah Iratni

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is the second leading cause of cancer-related deaths, both worldwide and in the UAE. 5-Fluorouracil (5-FU), a pyrimidine analogue, is a chemotherapeutic agent that is an integral component of chemotherapy regimens for CRC treatment. However, 5-FU resistance (intrinsic and/or acquired) inhibits their clinical efficacy. In recent years, there has been a growing popularity for plant-based cancer therapeutics, specifically using phytochemical compounds. Rhus coriaria (Sumac) is a Mediterranean plant whose fruits are used as a spice and medicinal herb. Extracts of Rhus coriaria fruits (RCE) have been reported to exhibit anti-cancer activity against breast cancer and CRC. In the present study, the anti-cancer activity of RCE against 5-FU-resistant CRC was investigated using in vitro models of 5-FU-sensitive (HCT-116 cells) and 5-FU-resistant CRC (5-FU-HCT-116 cells). Firstly, two regional varieties of RCEs, Jordanian and Lebanese, were tested and both were found to inhibit the proliferation of HCT-116 and 5-FU-HCT-116 cells; however, the Lebanese extract was more potent and was hence used for subsequent analysis. RCE inhibited both the formation and growth of HCT-116 and 5-FU-HCT-116 colonies. Additionally, RCE induced autophagy, as evidenced by cytoplasmic vacuolation and expression of autophagy markers (p62 and lipid-conjugated LC3B) through downregulation of the expression and phosphorylation of autophagy regulators mTOR and STAT3. RCE also induced DNA damage-mediated apoptosis as evidenced by γH2AX and cleaved PARP accumulation. Further, RCE induced caspase 7-dependent apoptosis in HCT-116 cells; however, the mechanism of apoptosis induction in 5-FU-HCT-116 was unclear with a lack of activation of Caspases 8, 9, 3, and 7 and increased expression of Survivin, suggesting a non-canonical pathway. Additionally, RCE was subjected to fractionation and the resulting 6 fractions were tested and the bioactive fractions were identified, which will further aid in assessing the phytochemical composition of RCE. Collectively, these findings confirm that RCE exerts potent anti-cancer activity against 5-FU-resistant CRC and is a promising source for phytochemicals that can potentially be used for the treatment of 5-FU-resistant CRC.

Arabic Abstract


النشاط المضاد للسرطان من Rhus coriaria(السماق) على خلایا سرطان القولون المقاومة 5-الفلورویوراسیل

یعد سرطان القولون والمستقیم (CRC) السبب الرئیسي الثاني للوفیات الناجمة عن السرطان، سواء في جمیع أنحاء العالم أو في دولة الإمارات العربیة المتحدة. 5-الفلورویوراسیل (5-FU)، وھو نظیر بیریمیدین، ھو عامل علاج كیمیائي یعد جزءًا لا یتجزأ من أنظمة العلاج الكیمیائي لعلاج CRC. ومع ذلك، فإن مقاومة 5-FU (الجوھریة و/أو المكتسبة) تمنع فعالیتھا السریریة. في السنوات الأخیرة، كانت ھناك شعبیة متزایدة لعلاجات السرطان النباتیة، وخاصة باستخدام المركبات الكیمیائیة النباتیة. السماق (Rhus coriaria) ھو نبات البحر الأبیض المتوسط الذي تستخدم ثماره كتوابل وأعشاب طبیة. تم الإبلاغ عن أن مستخلصات من ثمار Rhus coriaria تظھر نشاطًا مضاداً للسرطان ضد سرطان الثدي وسرطان القولون والمستقیم (CRC). في ھذه الدراسة، تم التحقیق في النشاط المضاد للسرطان لـ RCE ضد CRC المقاوم لـ 5-FU باستخدام نماذج مختبریة لـ CRC حساسة لـ(HCT-116) 5-FU ومقاومة لـ5-FU (5-FU-HCT-116). أولاً، تم اختبار صنفین إقلیمیین، أردني ولبناني، من RCEs وكلاھما حالا دون تكاثر خلایا HCT-116 و5-FU-HCT-116، ومع ذلك، فقد وجد أن المستخلص اللبناني أكثر فعالیة ویستخدم في التحلیل اللاحق. یمنع RCE تكوین ونمو مستعمرات HCT-116 و5-FU-HCT-116. بالإضافة إلى ذلك، تسبب RCE في الالتھام الذاتي، كدلیل على التفریغ السیتوبلازمي والتعبیر عن علامات الالتھام الذاتي (p62 وLC3BII) من خلال تدھور منظمات الالتھام الذاتي mTOR وSTAT3. تسبب RCE أیضًا في موت الخلایا المبرمج بوساطة تلف الحمض النووي كما یتضح من γH2AX وتراكم PARP المشقوق. علاوة على ذلك، تسبب RCE في موت الخلایا المبرمج المعتمد على كاسباس 7 في خلایا HCT-116؛ ومع ذلك، فإن آلیة تحریض موت الخلایا المبرمج في 5-FU-HCT-116 كانت غیر واضحة، مما یشیر إلى وجود مسار غیرمعتاد. بالإضافة إلى ذلك، تم اختبار كسور RCE وتم تحدید الكسور النشطة بیولوجیا. بشكل جماعي، تؤكد ھذه النتائج أن RCE یمارس نشاطًا قویاً مضاداً للسرطان ضد CRC المقاوم لـ5-FU وھو مصدر واعد للمواد الكیمیائیة النباتیة التي یمكن استخدامھا لعلاج CRC المقاوم لـ5-FU.

Download
COinS