Effects of Caffeic Acid Phenethyl Ester on Cytotoxicity, Antimetastasis, Antiproliferative Activity, Apoptosis, Oxidative Stress, and Mitochondrial Membrane Potential in Thyroid Cancer Cell Line

Abstract

Küresel kanser insidans verilerinin kapsamlı bir analizi, tüm ırk ve cinsiyet gruplarında tiroit kanseri vakalarında önemli bir artış olduğunu ortaya koymaktadır. Özellikle tiroit kanseri insidansı artarak kadınlar arasında en sık görülen beşinci kanser haline gelmiştir. Bu çalışmanın amacı, hücresel penetrasyonu kolaylaştıran lipofilik bir moleküler yapıya sahip Apis mellifera bal arılarından elde edilen doğal bir bileşik olan Kafeik Asit Fenetil Ester'in (CAPE) mitokondriyal membran potansiyeli (MMP, Δψm) yolu üzerinden TPC-1 insan papiller tiroit kanseri hücre hattı üzerindeki sitotoksik etkisini incelemektir. CAPE'nin TPC-1 hücre hattı üzerindeki sitotoksik etkisi MTT ve kristal viyole deneyleri kullanılarak değerlendirilmiştir. Apoptotik aktivitenin derecesi, Bax, Bcl-2, Kaspaz-3, Kaspaz-8, Kaspaz-9 ve Apaf-1 seviyelerini analiz etmek için kullanılan bir yöntem olan ELISA ile belirlenmiştir. Tiroit kanseri hücre mitokondrisi üzerindeki etki, JC-1 floresan problu-MMP, ROMO-1 ve mitokondriyal ATP-sentaz aktivitelerinin analizi yoluyla araştırılmıştır. Oksidatif stres ve DNA hasarının derecesini değerlendirmek için ROS ve 8-OHdG analizi yapılmıştır. Laktat dehidrojenaz (LDH) analizi hem sitotoksisite hem de hücresel membran hasarının bir belirteci olarak kullanılmıştır. Anti-metastatik aktiviteyi tespit etmek için hücre göçü ve koloni oluşumu deneyleri yapılmıştır. Sitomorfolojik analiz için Giemsa boyama yöntemi seçilmiştir. CAPE uygulamasının 48 saatlik bir süre boyunca değişen dozlarda TPC-1 hücrelerinde sitotoksik aktivite gösterdiğini belirten bulgular ışığında, 25 µM IC50 değeri sonraki deneyler için etkili doz olarak seçilmiştir. Bcl-2 seviyelerinde azalma ve Bax, Kaspaz-3, -8, -9 ve Apaf-1 anahtar bileşenlerinin aktivasyonunda istatistiksel olarak anlamlı bir artış, CAPE kaynaklı hücre ölümünün apoptoza bağımlı olduğunu göstermiştir. Bu çalışma CAPE'nin erken apoptozun bir belirteci olan mitokondriyal membran potansiyelinde (Δψm) mitokondriyal depolarizasyona ve mitokondriyal ATP-sentazda önemli bir düşüşe neden olduğunu göstermiştir. Ayrıca, CAPE hücre içi ROS, ROMO-1 seviyeleri ve 8-OHdG DNA hasarında önemli bir artışa neden olmuş, buna hücresel membranlardan sızan hücre dışı LDH konsantrasyonunda önemli bir artış eşlik etmiştir. Özellikle hücre göçü ve koloni oluşumu üzerinde belirgin bir inhibitör etki göstererek anti-metastatik özellikler sergileyen CAPE, sitomorfolojik değişikliklere de neden olmuştur. Sonuç olarak, bulgular CAPE'nin TPC-1 hücrelerinde MMP depolarizasyonu ve ATP sentaz blokajı ile ilişkili mitokondriyal yolakların modülasyonu yoluyla artan ROS, ROMO-1 ve hücre dışı LDH tarafından tetiklenen hem intrinsik hem de ekstrinsik apoptotik yolaklarda aktivite gösterdiğini ortaya koymuştur. Bununla birlikte, insan papiller tiroit karsinom hücrelerinde sitomorfolojik değişikliklere neden olduğu gözlemlenen CAPE'nin potansiyel etkileşimlerini ve güvenliğini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek için daha fazla in vivo araştırma yapılması gerekmektedir.A comprehensive analysis of global cancer incidence data reveals a significant increase in thyroid cancer cases across all racial and gender groups. In particular, the incidence of thyroid cancer has increased to become the fifth most common cancer among women. The objective of this study was to examine the cytotoxic impact of Caffeic Acid Phenethyl Ester (CAPE), a natural compound derived from Apis mellifera honey bees with a lipophilic molecular structure that facilitates cellular penetration, on the TPC-1 human papillary thyroid cancer cell line via the mitochondrial membrane potential (MMP, Δψm) pathway. The cytotoxic effect of CAPE on the TPC-1 cell line was evaluated using MTT and crystal violet assays. The degree of apoptotic activity was determined by ELISA, a method used to analyse the levels of Bax, Bcl-2, Caspase-3, Caspase-8, Caspase-9 and Apaf-1. The effect on thyroid cancer cell mitochondria was investigated through the analysis of JC-1 fluorescent probed-MMP, ROMO-1 and mitochondrial ATP-synthase activities. The analysis of ROS and 8-OHdG was conducted to assess the extent of oxidative stress and DNA damage. The analysis of lactate dehydrogenase (LDH) was employed as a marker of both cytotoxicity and cellular membrane damage. In order to ascertain the anti-metastatic activity, cell migration and colony formation assays were conducted. The Giemsa staining method was selected for cytomorphological analysis. In light of the findings indicating that CAPE treatment at varying doses over a 48-hour period demonstrated cytotoxic activity in TPC-1 cells, the IC50 value of 25 µM was selected as the effective dose for subsequent experiments. A reduction in Bcl-2 levels and a statistically significant increase in the activation of key components Bax, Caspase-3, -8, -9 and Apaf-1 indicated that CAPE-induced cell death was apoptosis-dependent. This study demonstrated that CAPE caused mitochondrial depolarisation in mitochondrial membrane potential (Δψm), a marker of early apoptosis, and a significant decrease in mitochondrial ATP-synthase. Furthermore, CAPE induced a significant increase in intracellular ROS, ROMO-1 levels and 8-OHdG DNA damage, accompanied by a significant increase in extracellular LDH concentration leaking through cellular membranes. In particular, CAPE, which exhibited anti-metastatic properties by showing a marked inhibitory effect on cell migration and colony formation, also caused cytomorphological changes. In conclusion, the results revealed that CAPE demonstrated activity in both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways triggered by increased ROS, ROMO-1 and extracellular LDH through modulation of mitochondrial pathways associated with MMP depolarisation and ATP synthase blockade in TPC-1 cells. However, further in vivo research is required to comprehensively evaluate the potential interactions and safety of CAPE, which was observed to cause cytomorphological changes in human papillary thyroid carcinoma cells.