メトホルミンのハロゲン化スルホンアミド誘導体の効果的な細胞輸送は、MCF-7細胞における抗増殖活性の向上とアポトーシス誘導に関連している

Effective Cellular Transport of -Halogenated Sulfonamide Derivatives of Metformin Is Related to Improved Antiproliferative Activity and Apoptosis Induction in MCF-7 Cells.

• Magdalena Markowicz-Piasecka
• Ibrahim Komeil
• Johanna Huttunen
• Joanna Sikora
• Kristiina M Huttunen

抄録

メトホルミンは、細胞膜モノアミン輸送体（PMAT）や有機カチオン輸送体（OCT）の基質であり、これらの輸送体の発現や相互作用は、メトホルミンの腫瘍細胞への取り込みや抗がん作用に影響を及ぼす可能性がある。本研究の目的は、メトホルミンの足場をハロゲン置換基を有するベンゼンスルホンアミド（化合物-）に化学修飾することが、OCTに対する親和性、2つの乳癌細胞株（MCF-7およびMDA-MB-231）における細胞内への取り込み、およびメトホルミンの抗増殖効果にどのような影響を与えるかを評価することである。ほとんどのスルホンアミドの取り込みは、MCF-7細胞ではMDA-MB-231細胞よりも効率的であった。芳香環中の塩素原子の存在は、MCF-7細胞での取り込みに最も寄与した。例えば、-クロロ置換基を有する化合物の取り込みは、MCF-7細胞では1.79±0.79 nmol/min/mgタンパク質であったが、MDA-MB-231細胞ではかなり低かった（0.005±0.0005 nmol/min/mgタンパク質）。MCF-7における試験化合物の高い取り込みは、高い抗増殖活性を伴っており、化合物が最も活性が高かった（IC = 12.6 ± 1.2 µmol/L）。さらに、MCF-7の増殖阻害は、G0/G1期における初期および後期のアポトーシスおよび細胞周期停止の誘導と関連していることが示された。以上のことから、ビグアナイド骨格のハロゲン化スルホンアミドへの化学修飾は、MCF-7におけるトランスポーターを介した細胞内取り込みの改善につながり、アポトーシス誘導や細胞周期停止を介して、研究対象化合物のより大きな抗増殖力に寄与していることが明らかになった。

Metformin is a substrate for plasma membrane monoamine transporters (PMAT) and organic cation transporters (OCTs); therefore, the expression of these transporters and interactions between them may affect the uptake of metformin into tumor cells and its anticancer efficacy. The aim of this study was to evaluate how chemical modification of metformin scaffold into benzene sulfonamides with halogen substituents (compounds -) may affect affinity towards OCTs, cellular uptake in two breast cancer cell lines (MCF-7 and MDA-MB-231) and antiproliferative efficacy of metformin. The uptake of most sulfonamides was more efficient in MCF-7 cells than in MDA-MB-231 cells. The presence of a chlorine atom in the aromatic ring contributed to the highest uptake in MCF-7 cells. For instance, the uptake of compound with -chloro substituent in MCF-7 cells was 1.79 ± 0.79 nmol/min/mg protein, while in MDA-MB-231 cells, the uptake was considerably lower (0.005 ± 0.0005 nmol/min/mg protein). The elevated uptake of tested compounds in MCF-7 was accompanied by high antiproliferative activity, with compound being the most active (IC = 12.6 ± 1.2 µmol/L). Further studies showed that inhibition of MCF-7 growth is associated with the induction of early and late apoptosis and cell cycle arrest at the G0/G1 phase. In summary, the chemical modification of the biguanide backbone into halogenated sulfonamides leads to improved transporter-mediated cellular uptake in MCF-7 and contributes to the greater antiproliferative potency of studied compounds through apoptosis induction and cell cycle arrest.