Effect of Flavopiridol on Cell Cycle, Apoptosis and Biomolecule Structure Changes in Breast Cancer Stem Cells

Objective: Cancer stem cells (CSCs) are a small population in cancer, which are responsible for therapeutic resistance, relapse and metastasis. Flavopiridol has antitumor activity against various types of cancer cells. the mechanism of action of flavopiridol on CD44+/ CD24- breast CSCs has not yet been fully elucidated. the aim of this study was to evaluate the mechanism of action of flavopiridol on breast CSCs (BCSC) in terms of apoptosis, cell cycle and biomolecular changes. Methods: in human breast cancer, cells with CD44+/CD24? markers were isolated from MCF-7 cell line using flow cytometry. the induction of apoptosis was investigated by Annexin-V. the effect of flavopiridol on cell cycle arrest was determined and the percent of cell populations at G0/G1, S and G2/M cycles were identified. the effect of the drug on three-dimensional cell cultures was investigated using a multicellular tumor spheroid model. in addition, the effect of flavopiridol on biomolecules has been evaluated using Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy, which has recently been used effectively in various scientific fields. Results: Flavopiridol especially induced early apoptosis. Cell cycle analyses revealed that flavopiridol induced cell cycle arrest in G0/G1 phase. Decreased number and diameter of spheroids was observed following flavopiridol treatment. ATR-FTIR data showed that treatment with flavopiridol led to significant changes in nucleic acids. Conclusion: According to the data obtained in this study, flavopiridol exhibits anticancer effects by altering the structure/ expression level of nucleic acids and changing cell cycle progression and inducing apoptosis. These finding reveals that flavopiridol can be an effective antitumor agent for the treatment of breast cancer after in vivo and phase studies are completed.

Amaç: Kanser kök hücreleri (KKH) terapötik direnç, relaps ve metastazdan sorumlu olan oldukça küçük bir hücre popülasyondan oluşmaktadır. Flavopiridol (Alvocidib), çeşitli KKH’lerine karşı anti-tümör aktiviteye sahiptir. Flavopiridolün CD44+/CD24- meme KKH (MKKH) üzerindeki etki mekanizması henüz tam olarak aydınlatılamamıştır. Bu çalışmada, apoptozis, hücre döngüsü ve biyomoleküler değişiklikler dahil olmak üzere flavopiridolün MKKH üzerindeki etki mekanizmasının çeşitli şekillerde değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Yöntemler: MCF-7 KKH hattı içerisindeki CD44+/CD24- yüzey belirteç özelliklerine sahip MKKH, akış sitometrisi kullanılarak izole edilmiştir. Apoptozis indüksiyonu Annexin-V yöntemi ile incelenmiştir. Flavopiridolün hücre döngüsü tutulumu üzerine etkisi Muse Cell Analyzer ile belirlenmiş ve G0/G1, S ve G2/M döngüsündeki hücre populasyonları yüzde olarak ifade edilmiştir. İlacın üç boyutlu hücre kültürlerindeki etkisi multiselüler tümör sferoid modeli kullanılarak incelenmiştir. Buna ek olarak, flavopiridolün biyomoleküller üzerindeki etkisi, son zamanlarda çeşitli alanlarda oldukça etkin bir şekilde kullanılan Fourier dönüşüm kızılötesi (FTIR) spektroskopisi kullanılarak değerlendirilmiştir. Bulgular: Flavopiridol spesifik olarak erken apoptozu indüklemiştir. Hücre döngü analizleri, flavopiridolün G0/G1 arrestine yol açtığını ortaya koymuştur. Flavopiridol uygulamasından sonra sferoid sayısı ve çapında azalma tespit edilmiştir. ATR-FTIR verileri, flavopiridol uygulamasının hücre içindeki nükleik asitlerde önemli değişimlere yol açtığını göstermiştir. Sonuç: Elde edilen bulgular, flavopiridolün nükleik asitlerin yapısını/expresyon seviyesini ve hücre döngüsünü değiştirdiğini ve apoptozu indükleyerek anti-kanser etkiler sergilediğini göstermektedir. Bu veriler, in vivo ve faz çalışmaları tamamlandıktan sonra flavopiridolün meme kanser tedavisi için etkili bir terapötik molekül olabileceğini ortaya koymaktadır.