Portal de Periódicos da CAPES

Enhancement of differentiation and cytotoxicity of leukemia cells by combinations of fluorinated pyrimidines and differentiation inducers: development of DNA double-strand breaks

1992; Elsevier BV; Volume: 46; Issue: 5-7 Linguagem: Francês

10.1016/0753-3322(92)90081-h

1950-6007

Susannah Waxman, Yu‐Ting Huang, B M Scher, Michael Scher,

Synthesis and Characterization of Heterocyclic Compounds

We have previously shown that pretreatment of mouse erythroleukemia (MEL) cells with the fluorinated pyrimidines 5-fluorouraciI (FUra) or 5-fluorodeoxyuridine (FUdR) followed by the differentiation inducer hexamethylene bisacetamide (HMBA) greatly enhanced the magnitude of their differentiation and caused extensive cell death. We have now extended these studies to address the mechanism that may be responsible for this enhancement and have also examined a human leukemic cell line (HL-60) for its sensitivity to this combination cytotoxic-differentiation therapy. We found that in HL-60 cells, pretreatment with FUdR, but not FUra, followed by 1.2% dimethylsulfoxide (DMSO) led to an 8 to 10-fold enhancement of cell death as compared to FUdR alone. When all-trans-retinoic acid (ATRA) was used instead of DMSO, the enhancement of differentiation and cytotoxicity was 5-fold. The percent of cells induced to differentiate was dependent on the concentration of both FUdR and ATRA. In HL-60 cells resistant to ATRA-induced differentiation, the combination of FUdR and ATRA did not result in enhanced cytotoxicity. Leucovorin (LV), a compound known to enhance the inhibitory effect of FUra or FUdR on DNA synthesis, increased the effectiveness of the cytotoxic-differentiation therapy, whereas thymidine inhibited its effectiveness. This suggests that inhibition of DNA metabolism may be an integral part of the differentiation-enhancing cytotoxic mechanism. To further explore inhibition of DNA synthesis, DNA was extracted under alkaline on neutral conditions from 3H-thymidine-labelled cells that were treated with FUra/LV and HMBA individually or in combination. The emergence of single and double-strand DNA breaks was monitored by agarose gel electrophoresis. In parallel to the enhancement of cytotoxicity, the combination treatment (FUra/LV followed by HMBA) also produced a 2.5-3-fold increase in the DNA breaks when compared to the same effect obtained by the agents applied individually. Thus, we propose that DNA degradation may be the mechanism responsible for the enhanced loss of cell viability. In summary, we report here an approach which is targeted to increasing the death rate of leukemic cells through the combined use of low doses of cytotoxic drugs and differentiation inducers. Augmentation de la differentiation et de la cytotoxicité des cellules leucémiques en combinant les pyrimidines fluorées et les inducteurs de la differentiation. Les auteurs ont déjà montré qu'un pré-traitement de cellules de polyglohulie de la souris (MEL) par les pyrimidines fluorées que sont le 5-fluorouracile (FUra) ou la 5-fluorodeoxyuridine (FUdr) puis par l'hexaméthylèene bisacétamide (HMBA), inducteur de différentiation, augmente fortement leur degré de différentiation et provoque une importante nécrose cellulaire. Il est fait état ici de travaux plus poussés cherchant à déterminer quel mécanisme serait responsable de cette augmentation de la létalité cellulaire. La sensibilité à cette association cytotoxique-agent de difféerentiation a aussi été testée chez- une lignée de cellules leucémiques humaines (HL-60). Il est montré qu'un traitement par la FUdr puis par le diméthylsuifoxiàe (DMSO) à 1,2% entraîne une multiplication par 8 à 10 de la mort cellulaire en comparaison de la FUdr seule, ce qui n'est pas le cas avec le FUra. En cas de remplacement du DMSO par l'acide rétinoïque tout-trans (ATRA) l'augmentation de differentiation et de cytotoxicité était de 5 fois. Le pourcentage de cellules plus différenciées dépendait à la fois de la concentration de la FUdr et de celle de l'ATRA. Pour les cellules HL-60 résistantes à l'effet de differentiation de l'ATRA, l'association FUdr-ATRA n'a provoqué aucune augmentation de la cytotoxicité. Le folinate de calcium (LV), substance connue pour renforcer l'effet inhibiteur du FUra ou de la FUdr sur la synthèse de l'ADN, a augmenté l'efficacité de l'association cytotoxique-agent de différentiation alors que la thymidine a eu un effet inhibiteur sur cette efficacité. Ceci suggère que l'inhibiteur du métabolisme de l'ADN pourrait être une partie intégrante du mécanisme de cytotoxicité par augmentation de différentiation. L'étude de l'inhibiteur de la synthèse de l'ADN a encore été poussée en faisant une extraction de l'ADN. dans des conditions alcalines ou à pH neutre, à partir de cellules marquées à la thymidine tritiée et traitées par RUra/LV et HMBA de façon isolée ou associée. L'apparition de fragments d'ADN mono-brin ou double-brin était surveillée par électrophorèse en gel d'agarose. D'une faton parallèle au phénomène d'augmentation de la toxicité, le traitement associé (FUra/LV puis HMBA) a également provoqué une multiplication par 23 à 3 de la quantité de fragments d'ADN par rapport à celle qui était obtenue avec les traitements isolés. Les auteurs suggèrent, de ce fait, que la dégradation de l'ADN pourrait être le mécanisme responsable de la perte de viabilité cellulaire aggravée. En résumé, les auteurs exposent ici une méthode visant à augmenter le degré de mort cellulaire pour des cellules leucémiques par l'utilisation combinée de faibles doses de drogues cytotoxiques et d'inducteurs de differentiation.