Effect of tetrahydroquinoline derivatives on the intracellular Ca2+ homeostasis in breast cancer cells (MCF-7) and its relationship with apoptosis

Abstract

Tetrahydroquinoline derivatives are interesting structures exhibiting a wide range of biological activities, including antitumor effects. In this investigation, the effect of the synthesized tetrahydroquinolines JS-56 and JS-92 on apoptosis, intracellular Ca2+ concentration ([Ca2+]i), and the sarco(endo)plasmic reticulum Ca2+ -ATPase (SERCA) activity was determined on MCF-7 breast cancer cells. Colorimetric assays were used to assess MCF-7 cells viability and SERCA activity. Fura-2 and rhodamine 123 were used to measure the intracellular Ca2+ concentration and the mitochondrial electrochemical potential, respecively. TUNEL assay was used to analyze DNA fragmentation, while caspase activity and NF-κB-dependent gene expression were assessed by luminescence. In silico models were used for molecular docking analysis. These compounds increase intracellular Ca2+ concentration; the main contribution is the Ca2+ entry from the extracellular milieu. Both JS-56 and JS-92 inhibit the activity of SERCA and dissipate the mitochondrial electrochemical potential through processes dependent and independent of the Ca2+ uptake by this organelle. Furthermore, JS-56 and JS-92 generate cytotoxicity in MCF-7 cells. The effect of JS-92 is higher than JS-56. Both compounds activate caspases 7 and 9, cause DNA fragmentation, and potentiate the effect of phorbol 12-myristate-13-acetate on NF-κB-dependent gene expression. Molecular docking analysis suggests that both compounds have a high interaction for SERCA, similar to thapsigargin. Both tetrahydroquinoline derivatives induced cell death through a combination of apoptotic events, increase [Ca2+]i, and inhibit SERCA activity by direct interaction.

Los derivados de tetrahidroquinolina son estructuras interesantes que exhiben una amplia gama de actividades biológicas, incluyendo efectos antitumorales. Se determinó el efecto de las tetrahidroquinolinas sintetizadas JS-56 y JS-92 sobre la apoptosis, concentración intracelular de Ca2+ ([Ca2+]i) y la actividad Ca2+-ATPasa del retículo sarco(endo)plásmico (SERCA) en células de cáncer de mama MCF-7. Se usaron ensayos olorimétricos para evaluar la viabilidad de las células MCF-7 y la actividad SERCA. Se emplearon Fura-2 y rodamina 123 para medir la concentración de Ca2+ intracelular y el potencial electroquímico mitocondrial, respectivamente. El ensayo TUNEL se utilizó para analizar la fragmentación del ADN, mientras que la actividad de caspasas y la expresión génica dependiente de NF-κB se evaluaron mediante luminiscencia. Modelos in silico permitieron el análisis del acoplamiento molecular. Estos compuestos aumentan la concentración de Ca2+ intracelular; la principal contribución es la entrada de Ca2+ desde el medio extracelular. Tanto JS-56 como JS-92 inhiben la actividad de SERCA y disipan el potencial electroquímico mitocondrial a través de procesos dependientes e independientes de la captación de Ca2+ por este orgánulo. Además, JS-56 y JS-92 generan citotoxicidad en células MCF-7. El efecto de JS-92 es mayor que JS-56. Ambos compuestos activan las caspasas 7 y 9, provocan la fragmentación del ADN y potencian el efecto del 12-miristato-13-acetato de forbol en la expresión génica dependiente de NF-κB. El análisis de acoplamiento molecular sugiere que ambos compuestos tienen una alta interacción con SERCA, similar a la tapsigargina. Ambos derivados de tetrahidroquinolina indujeron la muerte celular a través de una combinación de eventos apoptóticos, aumento de [Ca2+]i e inhibición de la actividad SERCA por interacción directa.