Synergistic inhibitory effects of retinoids and TGF-β 1 on the growth of human ovarian cancer cells

Abstract

Ovarian cancer is eighth leading primary cancer site among women in Korea and is the most lethal of all gynecological cancers. Combination chemotherapy containing a platinum analog and paclitaxel is the current standard of care and results in a complete pathologic remission rate of 20-30%, so more effective therapies are therefore needed to develop alternative therapeutic strategies such as induction of growth inhibition by combination chemotherapy. To date, few studies have tested combined treatment of retinoids with TGF-β1 in ovarian cancer. Combining treatment of retinoids with TGF-β1 may improve cancer chemotherapy in retinoid-sensitive or possibly resistant ovarian cancer cell lines. In this study, the biological activities of retinoids (ATRA, 9-cis RA, 13-cis RA, 4-HPR) alone or in combination with TGF-β1 against human ovarian carcinoma NIH: OVCAR-3 cells were investigated. Antiproliferative studies suggested that the growth of NIH: OVCAR-3 was inhibited to greater degree by combined treatment with each retinoid and human TGF-β1 compared to single agents. Combinatory effect of each retinoid and TGF-β1 was resulted in the activation of caspase-3, loss in mitochondrial membrane potential, and down-regulation of Bcl-2. When the caspase activity was inhibited by general caspase inhibitor, z-VAD-fmk, combined treatment of each retinoid and TGF-β1 induced apoptosis was blocked. Cyclosporine A, MPT inhibitor, inhibited combined treatment of each retinoid and TGF-β1 induced apoptosis. But in the case of N-acetylcystein (NAC), antioxidant, was not effective to blocking apoptosis. Cell cycle also inhibited at G0/G1 phase and this cell cycle arrest was due to IGFBP-3. These findings suggest that retinoids and TGF-β1 act in a synergistic fashion in inducing apoptosis via caspase-3 activation through mitochondrial pathway, and may have potential for combination biotherapy for the treatment of ovarian cancer.;난소암은 한국 여성에게 빈발하는 종양의 하나로 진단이 어렵고 현재 상용하고 있는 화학 요법에 대한 저항성으로 인해 치료가 어려운 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 여러가지 retinoid (all-trans retinoic acid, 9-cis retinoic acid, 13-cis retinoic acid, N-(4-hydroxyphenyl) retiamide (4-HPR))와 transforming growth factor-β1 (TGF-β1)을 난소암 세포주인 NIH:OVCAR-3에 동시에 투여하는 경우 세포 성장을 효과적으로 억제하는지 관찰하고 이에 관여하는 생물학적 기전을 규명하고자 하였다. 각각의 retinoid를 TGF-β1와 동시에 투여하는 경우 NIH:OVCAR-3의 세포 성장이 단독 투여시보다 현저하게 감소하는 것을 관찰하였다. 이러한 세포 성장 억제 효과는 세포 사멸에 의한 것으로 밝혀졌으며 caspase의 활성을 억제하는 z-VAD-fmk를 전처리한 경우, 각각의 retinoid를 TGF-β1와 동시에 투여할 때 유도되는 세포 성장 억제 효과와 세포 사멸이 완전히 억제되었다. 또한 이 과정에서 미토콘드리아의 막전압이 감소하고, 미토콘드리아 내부에 존재하던 cytochrome c가 세포질내로 이동하는 것을 관찰하였는데 z-VAD-fmk를 전처리하는 경우에도 미토콘드리아의 막전압이 감소되는 것은 억제되지 않았다. 미토콘드리아 막전압이 감소하는 것을 억제하기 위해 cyclosporin A을 전처리하는 경우에는 retinoid와 TGF-β1와 동시에 투여하여도 세포 사멸이 유도되지 않았다. 따라서 본 실험에서 처리한 retinoid와 TGF-β1에 의한 세포 사멸은 미토콘드리아의 변화가 선행하고 이를 통해 caspase-3가 활성화되어 유도되는 것으로 생각할 수 있다. Retinoid와 TGF-β1를 동시에 투여하는 경우 세포 주기 또한 억제되었으며, 이 때 세포 배양액내의 IGFBP-3 농도가 증가하는 것을 확인하였다. antisense IGFBP-3를 전처리하여 IGFBP-3의 발현을 억제시킨 후 retinoid와 TGF-β1를 동시에 처리한 경우 세포 주기가 억제되지 않았으며 retinoid와 TGF-β1 병용 투여에 이한 세포 주기 억제 효과는 IGFBP-3의 발현이 증가하여 유도되는 것임을 확인하였다. 본 연구 결과 난소암의 세포 성장을 효과적으로 억제하는데 retinoid와 TGF-β1 병용 투여가 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 생각된다.