Quercetin and chloroquine synergistically induces cell death in glioma cells via the increase of Ca2+ and ROS levels

Abstract

Since malignant gliomas are the most common brain tumor in adults, having notorious resistance to various chemotherapeutics, new therapeutic approaches are needed for more effective treatment of malignant gliomas. We show herein that quercetin, a flavonoid, and chloroquine (CQ), an antimalarial drug, synergistically induce caspase-mediated apoptosis in T98G cells. Combined treatment with quercetin and CQ accumulated poly-ubiquitinated proteins and activated unfolded protein response (UPR) in these cells. We found that combined treatment with quercetin and CQ increases intracellular and mitochondrial Ca2+ levels. The cell death by quercetin plus CQ was effectively inhibited by dantrolene (a ryanodine receptor antagonist) and RU-360 (an inhibitor of mitochondrial uniporter), suggesting that the release of Ca2+ from the endoplasmic reticulum and mitochondria Ca2+ influx may be critically involved in this cell death. In addition, combined treatment with quercetin and CQ increased ROS levels and their scavenging using N-acetylcysteine or GSH markedly inhibited the cell death by the combined treatment. Taken together, combined treatment with quercetin and CQ induces cell death via the increase of Ca2+ and ROS levels in glioma cells.

성인 뇌암에서 가장 흔한 악성 뇌종양은 다양한 화학 항암 요법에 대해 내성을 나타내어 치료에 어려움이 있어, 악성 뇌종양 세포에 대한 효과적이고 새로운 치료적 접근이 필요하다. 우리는 flavonoid 중 하나로 알려진 quercetin 과 항말라리아제인 chloroquine (CQ)을 악성 뇌종양 세포주인 T98G 와 U251MG 에 병합 처리했을 때 synergistic 하게 세포사멸을 유도하였으나 정상 astrocytes 에서는 세포 독성을 유발한지 않음을 확인하였다. Quercetin 과 CQ 의 병합처리는 caspase 들을 활성화 시켰으며, poly-ubiquitin 화된 단백질들의 축적과 unfolded protein response (UPR)를 유도하였다. 또한 quercetin 과 CQ 의 병합처리는 세포 내 Ca2+ level 을 증가시켰고, dantrolene (ryanodine receptor antagonist)과 RU-360 (mitochondrial uniporter inhibitor)이 quercetin 과 CQ 의 병합 처리가 유도하는 세포 사멸을 효과적으로 저해하는 것으로 보아, endoplasmic reticulum 으로부터의 Ca2+ 방출 및 mitochondria 로의 Ca2+ 유입이 이 세포 사멸에 중요하게 연관되어 있음을 알 수 있었다. 이와 더불어 quercetin 과 CQ 의 처리가 ROS level 도 증가시켰으며, N-acetylcysteine 또는 GSH 등의 항산화제 선처리 시 효과적으로 이 세포사멸을 저해하였다. 종합해보면 악성뇌종양 세포에서 quercetin 과 CQ 의 병합처리 시 세포 내 Ca2+ 및 ROS level 증가, aggregated 단백질의 축적, ER stress 를 통해 apoptosis 을 유도할 수 있다.