Cell death mechanisms and targets of new fluorescent dyes with antiproliferative activity

Abstract

Phenoxazine derivatives have been the subject of an increasing research in life sciences due to their antiproliferative properties with potential applications as antitumor and antimicrobial agents, leading to the design and synthesis of novel active compounds suitable for human use. Previous studies in our laboratory have shown that a newly synthesized phenoxazine derivative (MSG-111-cd3) induces yeast cell death through a regulated process which may be mediated by the permeabilization of the vacuolar membrane, without the involvement of autophagy and mitochondrial pathways. The interesting potential of this newly phenoxazine compound lead us to study a compound of the same family (C9) that differ from MSG-111-cd3 only in a single substitution of its extended aromatic system which considerably increases its antifungal activity. The yeast Saccharomyces cerevisiae represents a unique eukaryotic model used in drugdiscovery process due to the high conservation of basic cellular processes present in higher organisms. In the present work, we aimed to characterize the intracellular distribution and the cell death mechanism underlying C9 activity using the yeast Saccharomyces cerevisiae as a model. The results showed that C9 compound accumulates in the vacuolar membrane and the perinuclear endoplasmic reticulum. We observed that Pep4p and Yca1p play a protective and effector role, respectively, in mediation of C9-induced cell death. Although Atg5p displayed a protective role, autophagy does not seem be involved. As a whole, the results point to the occurrence of a regulated cell death process mediated by the vacuolar permeabilization and mitochondrial involvement. This work provides new insights in the use of phenoxazine derivatives as antifungal agents, characterizing their activity in order to evaluate their potential application.

Os derivados de fenoxazina têm sido objeto de crescente investigação nas ciências da vida devido às suas propriedades antiproliferativas e potencial aplicação como agentes antitumorais e antimicrobianos, levando ao design e síntese de novos compostos ativos com baixa toxicidade, adequados para uso humano. Estudos preliminares no nosso laboratório demonstraram que um derivado de fenoxazina recentemente sintetizado (MSG-111-cd3) induz morte celular em leveduras através de um processo regulado que parece ser mediado pela permeabilização da membrana vacuolar, sem o envolvimento da autofagia e da via mitocondrial. O interessante potencial deste novo composto de fenoxazina levou-nos a estudar outro composto desta família (C9) que difere do MSG-111-cd3 apenas numa única substituição do seu sistema aromático, o que aumenta consideravelmente a sua atividade antifúngica. A levedura Saccharomyces cerevisiae representa um modelo eucariótico único, que pode ser usado no processo de descoberta de novas drogas devido à elevada conservação dos processos celulares básicos presentes em organismos superiores. O objetivo do presente trabalho consistiu em caracterizar a distribuição intracelular e o mecanismo de morte celular subjacente à atividade do C9, utilizando a levedura Saccharomyces cerevisiae como modelo biológico. Os resultados demonstraram que o composto C9 acumula-se tanto na membrana vacuolar como na membrana perinuclear do retículo endoplasmático. Observamos também que as proteínas Pep4p e a Yca1p exibem um papel protetor e efetor, respectivamente, na mediação da morte celular induzida pelo C9. Embora a proteína Atg5p tenha um papel protetor da morte induzida por este composto, a autofagia não parece estar envolvida. Em conjunto, os resultados apontam para a ocorrência de um processo de morte celular regulado, mediado pela permeabilização vacuolar e o envolvimento mitocondrial. Este trabalho fornece novo conhecimento sobre o uso de derivados de fenoxazina como agentes antifúngicos, caracterizando sua atividade de forma a avaliar o seu potencial de aplicação.