Role of calcium in the cytotoxicity of fungal-derived cyclohexadepsipeptides

Kerstin Gürth

doi:10.25365/thesis.45437

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Title (eng)

Role of calcium in the cytotoxicity of fungal-derived cyclohexadepsipeptides

Parallel title (deu)

Rolle von Calcium bei der Zytotoxizität von aus Pilzen stammenden Cyclohexadepsipeptiden

Author

Kerstin Gürth

Advisor

Rosa Lemmens-Gruber

Assessor

Rosa Lemmens-Gruber

Abstract (deu)

Enniatin B (Enn), Beauvericin (Bea), Destruxin A (Dtx A) und Destruxin E (Dtx E) sind Mykotoxine, die zur Familie der Cyclohexadepsipeptide gehören und denen vermehrt Bedeutung beigemessen wird. Sie sind für ihre vielfältigen Eigenschaften bekannt, wie zum Beispiel insektizide, antibakterielle, phytotoxische und ionophore Wirkungen. Weltweit kontaminieren sie häufig Getreide und sind dadurch fähig, in die Nahrungskette zu gelangen. In den letzten Jahren wurde ihr zytotoxisches Potenzial in den Fokus gerückt. Derzeitige Strategien in der Chemotherapie bergen das Risiko von schwerwiegenden Nebenwirkungen, und Arzneimittel-Resistenzen treten gehäuft auf. Neue Ansätze in der Krebstherapie werden daher dringend benötigt. Die vorliegende Arbeit versucht die Annahme, dass die zytotoxischen Effekte dieser sekundären Metabolite einer Ca2+-Abhängigkeit unterliegen, zu überprüfen. Daher wurden sie mit 8-(Diethylamino)octyl-3,4,5-trimethoxybenzoat (TMB-8), Thapsigargin (Thaps) oder Ryanodin (Rya) kombiniert, welche allesamt bekannte Manipulatoren der intrazellulären Ca2+-Konzentration sind. Die Zytotoxizität auf KB-3-1 Zellen wurde nach 24- und 48-stündiger Behandlung mithilfe eines MTT-Tests bestimmt. Obwohl TMB-8 und Thaps gegenteilige Effekte auf den Ca2+-Spiegel ausüben, verursachten sie eine ähnliche Verstärkung der Zytotoxizität der Mykotoxine, wohingegen Rya keinen wesentlichen Einfluss zeigte. Extrazelluläres Ca2+ spielt daher womöglich eine größere Rolle als intrazelluläres, und die Verstärkung war eher von additiver als von synergistischer Natur. DAPI-Färbung wurde durchgeführt, um morphologische Veränderungen von behandelten Zellkernen zu untersuchen. Nur eine geringe Zunahme an apoptotischen Körperchen wurde beobachtet; andere Formen von Zelltod sind möglicherweise auch beteiligt. Zusammengefasst ergeben diese Daten, dass trotz einer gewissen Ca2+-Abhängigkeit, die durch andere Studien bewiesen wurde, keine eindeutige Verbindung zwischen der Zytotoxizität von Enn, Bea, Dtx A sowie Dtx E und der intrazellulären Ca2+-Konzentration zu erkennen ist. Weitere Studien sind notwendig, um ihr Potenzial für die Behandlung von Tumoren zu beurteilen.

Abstract (eng)

Enniatin B (Enn), beauvericin (Bea), destruxin A (Dtx A) and destruxin E (Dtx E) are emerging mycotoxins which belong to the family of cyclohexadepsipeptides. They are known for their multifaceted properties, such as insecticidal, antibacterial, phytotoxic and ionophoric effects. They frequently contaminate grain worldwide and thereby are able to enter the food chain. In the last years, their cytotoxic potential has come into focus. Current chemotherapy strategies carry the risk of severe side effects, and drug resistance is on the rise. Thus, novel approaches in cancer treatment are eagerly needed. This thesis aims to verify the assumption that the cytotoxic effects of these secondary metabolites underlie a Ca2+ dependency. Therefore, they were combined with 8-(diethylamino)octyl-3,4,5-trimethoxybenzoate (TMB-8), thapsigargin (Thaps) or ryanodine (Rya), which are well-known manipulators of intracellular Ca2+ concentration. Cytotoxicity in KB-3-1 cells was determined by an MTT assay after 24 h and 48 h treatment. Although TMB-8 and Thaps exert opposite effects on the Ca2+ level, they induced similar enhancement of the cytotoxicity of mycotoxins, whereas Rya showed no significant impact. Hence, extracellular might play a bigger role than intracellular Ca2+, and the enhancement was rather of additive than of synergistic nature. DAPI staining was performed in order to investigate morphological changes of drug-exposed nuclei. Only a slight increase in apoptotic bodies was observed; other cell death modalities might be involved as well. Taken together, these data reveal that, in spite of a certain Ca2+ dependency that was proven by other studies, there is no definite connection between the cytotoxicity of Enn, Bea, Dtx A and Dtx E and the intracellular Ca2+ concentration. Further studies are necessary to evaluate their potential as anticancer drugs.

Keywords (eng)