Effetti dell'Astaxantina e della Fucoxantina sulla propagazione delle Cellule Staminali Tumorali

Abstract

Gli organismi marini rappresentano una straordinaria fonte di composti bioattivi che possono essere utilizzati contro malattie umane, come il cancro. Qui, descriviamo l'attività biologica di due composti derivati ​​dalle alghe, l'astaxantina (da Hematococcus pluvialis) e la fucoxantina (da alghe brune), sulla propagazione delle cellule staminali tumorali (CSC) nella linea cellulare MCF-7. Per prima cosa, abbiamo eseguito il test della mammosfera per valutare l'effetto sia dell'astaxantina che della fucoxantina sulla capacità di una singola cellula di sopravvivere e crescere in modo indipendente dall'ancoraggio, formando uno sferoide 3D. Abbiamo osservato una riduzione della formazione di sferoidi 3D dopo il trattamento con entrambi i composti. Successivamente, abbiamo eseguito un saggio per valutare gli effetti dell'astaxantina e della fucoxantina sulla capacità di auto-rinnovamento delle CSC, ovvero la capacità di formare una colonia 2D a partire da una singola cellula. In particolare, sia la fucoxantina che l'astaxantina hanno inibito la formazione di colonie di CSC, ma la fucoxantina era chiaramente più potente. È importante sottolineare che, per dimostrare ulteriormente che l'astaxantina e la fucoxantina miravano specificamente alle CSC e non alle cellule tumorali "bulk" o alle cellule normali, abbiamo anche eseguito test di vitalità cellulare (saggio SRB) su cellule MCF-7 e fibroblasti umani (hTERT-BJ1); è stato osservato un effetto minimo o nullo, a dimostrazione del fatto che questi composti marini sono relativamente non tossici e sono più specifici per le CSC. Infine, abbiamo studiato gli effetti dei composti di astaxantina e fucoxantina sul metabolismo delle cellule tumorali, utilizzando il Seahorse Analyzer e abbiamo osservato che entrambi i farmaci inibiscono efficacemente la respirazione mitocondriale e, di conseguenza, le cellule si sono spostate verso la glicolisi.

Marine organisms represent an extraordinary source of bioactive compounds that can be used against human illnesses, like cancer. Here, we describe the biological activity of two algae-derivate compounds, Astaxanthin (from Hematococcus pluvialis) and Fucoxanthin (from brown algae), on Cancer Stem Cell (CSC) propagation in MCF-7 breast cancer cell line. Fist, we performed the mammosphere assay to evaluate the effect of both Astaxanthin and Fucoxanthin on the capability of a single cell to survive and grow in an anchorage-independent fashion, forming a 3D spheroid. Interestingly, we observed a reduction in 3D spheroid formation after treatment with both compounds. Then, we performed a clonogenic assay to evaluate the effects of Astaxanthin and Fucoxanthin on the self-renewal capacity of CSCs, i.e., the ability to form a 2D colony starting from a single cell. Notably, both Fucoxanthin and Astaxanthin inhibited CSC colony formation, but Fucoxanthin was clearly more potent and more effective. Importantly, to further demonstrate that Astaxanthin and Fucoxanthin were specifically targeting CSCs and not bulk tumor cells or normal cells, we also performed cells viability assays (SRB assay) on MCF-7 cells and normal human fibroblasts (hTERT-BJ1); little or no effect was observed, showing that these marine compounds are relatively non-toxic and are more specific for targeting CSCs. Finally, we investigated the mechanistic effects of Astaxanthin and Fucoxanthin compounds on cancer cell metabolism, using the Seahorse Analyzer and we observed that both drugs effectively inhibit mitochondrial respiration, and as a consequence, the cells shifted towards glycolysis to survive. However, we observed that glycolytic metabolism was not sufficient to sustain CSC propagation. In conclusion, our results indicate the two compounds can be used to eradicate CSCs, by specifically preventing their anchorage-independent propagation and self-renewal, via the inhibition of mitochondrial metabolism.