In vitro evaluation of cytotoxic potential of arylamino-nor-β-lapachone derivatives: studies of mechanisms of action.

A busca por novos derivados citotÃxicos da nor-β-lapachona à parte de uma crescente e contÃnua busca por novos compostos ativos. O presente estudo teve como objetivo avaliar o potencial citotÃxico de quatro derivados arilaminos (1-4) da nor-β-lapachona e os provÃveis mecanismos envolvidos na citotoxicidade da nor-β-lapachona e de seus derivados. TrÃs derivados (1, 3 e 4) e seu precursor apresentaram elevado potencial citotÃxico sobre todas as linhagens celulares tumorais humanas utilizadas. Em estudos com cÃlulas nÃo tumorais (CMSP), a nor-β-lapachona nÃo induziu citotoxicidade, porÃm seus derivados apresentaram efeitos antiproliferativos, cuja intensidade variou de moderado a fraco com valores de CI50 iguais a 5,02 ÂM (1), 12,02 ÂM (3) e 10,65 ÂM (4). AlÃm disso, os compostos nÃo apresentaram efeitos hemolÃticos (EC50 > 219,29 ÂM). Tanto a nor-β-lapachona quanto seus derivados (1, 3 e 4) induziram apoptose (via mitocondrial) em cÃlulas HL-60, como observado atravÃs dos ensaios de anÃlises morfolÃgicas e de citometria de fluxo, e distÃrbios sobre a progressÃo do ciclo celular de cÃlulas HL-60, apenas na maior concentraÃÃo (4 ÂM). O tratamento com os compostos induziu a formaÃÃo de EROS, assim como quebras das fitas da molÃcula de DNA em cÃlulas HL-60 (NQO1−) e DU-145 (NQO1+). A co-administraÃÃo de GSH reduziu a sensibilidade celular aos efeitos tÃxicos dos compostos estudados, e o prÃ-tratamento com agentes antioxidantes (NAC e IK) reduziu drasticamente a produÃÃo de radicais livres, o mesmo nÃo ocorrendo com culturas prÃ-tratadas com BH (agente depletor de GSH). PorÃm, o dicumarol (inibidor de NQO1) preveniu a formaÃÃo de EROS e os efeitos genotÃxicos apenas na linhagem DU-145, indicando que esses compostos possam ser metabolizados por outras redutases que nÃo a NQO1. As lesÃes ao DNA de cÃlulas DU-145 promovidas pela nor-β-lapachona e seus derivados (1, 3 e 4) foram, parcialmente, reparadas apÃs um perÃodo de tempo de 24 horas, o que corrobora com a sÃntese nÃo programada de DNA detectada apÃs a exposiÃÃo a esses compostos. AlÃm disso, todos os compostos ativos interferiram sobre os processos de reparo dos danos ao DNA induzidos pelo MMS, o que indica que a interferÃncia sobre esses processos contribui para seus efeitos citotÃxicos. A nor-β-lapachona e seus derivados arilaminos (1, 3 e 4) inibiram a taxa de proliferaÃÃo de cepas de S. cerevisiae defectivas na expressÃo de topoisomerases (Top1Δ, Top3Δ e Top1ΔTop3Δ) de maneira mais pronunciada do que observado na cepa selvagem (BY4741), indicando que a interferÃncia sobre a atividade das topoisomerases influencia, de algum modo, a citotoxicidade desses compostos. Nos estudos de genotoxicidade e mutagenicidade com fibroblastos de pulmÃo de hamster chinÃs (linhagem V79), todos os compostos citotÃxicos promoveram quebras nas fitas de DNA, oxidaÃÃo de bases nitrogenadas e induÃÃo de micronÃcleos, em concentraÃÃo (10 ÂM) muito superior do que as necessÃrias para induzir os mesmos eventos em cÃlulas tumorais. ReforÃando a participaÃÃo de EROS sobre os eventos mutagÃnicos, o prÃ-tratamento com NAC preveniu a formaÃÃo de cÃlulas micronucleadas e reduziu a sensibilidade celular aos efeitos tÃxicos dos compostos estudados. Esses resultados ressaltam as propriedades antitumorais da nor-β-lapachona e seus derivados arilaminos e que eles podem ser considerados como protÃtipos para o desenvolvimento de novos agentes anticÃncer.The search for new cytotoxic derivatives of nor-β-lapachone is part of a growing and continuous search for new active compounds. The present study aimed to evaluate the cytotoxic potential of four arylamino-nor-β-lapachone derivatives (1-4) and the probable mechanism involved in the cytotoxicity of these compounds. Among the tested derivatives, only three of them (1, 3 and 4) and the precursor molecule elicited a significant antiproliferative effects in all human tumor cell lines used in the study. In experiments with peripheral blood mononuclear cells (PBMC), nor-β-lapachone did not induce cytotoxicity, however its derivatives showed antiproliferative effects whose intensity ranged from moderate to weak, with IC50 values equal to 5.02 ÂM (1), 12.02 ÂM (3) and 10.65 ÂM (4). Moreover, all the compounds showed no hemolytic effects (EC50> 219.29 ÂM). Nor-β-lapachone and its derivatives (1, 3 and 4) induced apoptosis (mitochondrial pathway) in HL-60 cells, based upon morphological and flow cytometric analysis, and interference on HL-60 cell cycle progression, only at the highest concentration (4 ÂM). Compounds exposure induced intracellular ROS generation, as well as DNA strand breaks in HL-60 (NQO1−) and DU-145 (NQO1+) cell lines. The co-administration of GSH reduced the cellular sensibility to the toxic effects of the studied compounds. Unlike cells pre-treated with BH (glutathione depletor agent), cells pre-exposed to antioxidants agents (NAC or KI) showed low production of free radicals. On the other hand, dicoumarol (NQO1 inhibitor) prevented the ROS formation and DNA strand breaks only in DU-145 cells, indicating that these compounds can be metabolized by other reductases than NQO1. The DNA damage induced by nor-β-lapachone and its derivatives (1, 3 and 4) in DU-145 cells were partially repaired after 24 h, which agrees with the data of unscheduled DNA synthesis. In addition, all active compounds interfere with DNA repair processes of DNA damage induced by MMS, indicating that this action contributes to compounds cytotoxic effects. All active compounds inhibited the proliferation rate of S. cerevisiae strains defective in the expression of DNA topoisomerases (Top1Δ, Top3Δ and Top1ΔTop3Δ) more pronounced than that observed in wild type strain (BY4741), suggesting that the interference on topoisomerases activities may contributes to the cytotoxicity of active compounds. Genotoxicity and mutagenicity studies with Chinese hamster lung fibroblast cell line (V79), showed that all cytotoxic compounds promoted DNA strand breaks, DNA bases oxidation and micronucleus formation in a concentration (10 ÂM) far higher than needed to induce the same events in tumor cells. Strengthening the ROS contribution on the mutagenic events, the pre-treatment with NAC prevented the formation of micronucleated cells and reduced the V79 cell sensibility to the cytotoxic effects of the studied compounds. These findings underscore the antitumor properties of nor-β-lapachone and its arylamino derivatives and they can be considered as prototypes for the development of new anticancer agents