Carotenoid-Rich Pigment Extract From Micrococcus terreus SK34 Induces Apoptosis in SH-SY5Y Neuroblastoma Cells: Integrated Metabolomic, Molecular Docking, and Experimental Validation.

چکیده اصلی

Bacteria-derived carotenoids have attracted increasing attention as natural bioactive compounds with potential pharmaceutical applications, particularly in cancer therapy. However, the chemical composition and anticancer mechanisms of carotenoids from Micrococcus terreus remain largely unexplored. This study aimed to characterize the carotenoid extract from the locally isolated M. terreus SK34 strain (GenBank: PX765938) and to investigate its anticancer activity and underlying mechanisms using integrated in vitro and in silico approaches. Under nonoptimized culture conditions, strain SK34 produced 128 mg/L of carotenoid-rich pigment extract. LC-Q-TOF-MS analysis identified eight carotenoids, including phytoene, β-carotene, astaxanthin, zeaxanthin, β-cryptoxanthin, α-carotene, lycopene, and sarcinaxanthin. The extract exerted selective cytotoxicity against different cancer cell lines (IC50 = 61.91-243.76 μg/mL), particularly the neuroblastoma (SH-SY5Y) cancer cell line, while showing minimal cytotoxicity toward normal human dermal fibroblasts. Gene expression analysis demonstrated the significant upregulation of proapoptotic genes (p53, BAX, CASP3, CASP8, and CASP9) in the SH-SY5Y cell line, together with the downregulation of antiapoptotic genes (BCL-2 and AKT1), whereas autophagy-related genes were not significantly affected. ELISA and flow cytometry analyses further confirmed apoptosis in the SH-SY5Y cell line. Molecular docking analyses revealed that β-carotene, astaxanthin, and zeaxanthin exhibited strong binding affinities toward apoptosis-related proteins, supporting the experimental findings. This study provides the first comprehensive characterization of carotenoids from M. terreus SK34 and highlights their potential as selective apoptosis-inducing agents for future anticancer therapy.

ترجمه فارسی چکیده

کاروتنوئیدهای حاصل از باکتری به عنوان ترکیبات زیست‌فعال طبیعی با کاربردهای دارویی بالقوه، به‌ویژه در درمان سرطان، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. با این حال، ترکیب شیمیایی و مکانیسم‌های ضدسرطانی کاروتنوئیدهای میکروکوکوس ترریوس به طور گسترده بررسی نشده است. این مطالعه هدف داشت تا کاروتنوئید استخراج‌شده از باکتری محلی استرین SK34 (GenBank: PX765938) را توصیف کرده و فعالیت ضدسرطانی و مکانیسم‌های زیربنایی آن را با استفاده از رویکردهای ترکیبی در vitro و در silico بررسی کند. تحت شرایط غیربهینه‌سازی شده کشت، استرین SK34 128 میلی‌گرم بر لیتر رنگدانه غنی از کاروتنوئید تولید کرد. تحلیل LC-Q-TOF-MS هشت کاروتنوئید، از جمله فیتوئن، بتا-کاروتن، آستاگزانتین، زئاکانتین، بتا-کریپتوکزانتین، آلفا-کاروتن، لیکوپن و سارکیناکسانتین را شناسایی کرد. این استخراج سمیت سلولی انتخابی علیه خطوط مختلف سلولی سرطانی (IC50 = 61.91-243.76 μg/mL) اعمال کرد، به‌ویژه خط سلولی سرطان نوروبلاستوما (SH-SY5Y)، در حالی که در برابر فیبروبلاست‌های پوستی انسانی طبیعی کمترین سمیت را نشان داد. تحلیل بیان ژن نشان داد افزایش معنی‌دار ژن‌های پروآپوپتوز (p53، BAX، CASP3، CASP8 و CASP9) در خط سلولی SH-SY5Y، همراه با کاهش بیان ژن‌های ضدآپوپتوز (BCL-2 و AKT1)، در حالی که ژن‌های مرتبط با خودفروختی تأثیر معنی‌داری نداشتند. تحلیل‌های ELISA و سیتومتری جریان آپوپتوز را در خط سلولی SH-SY5Y تأیید کردند. تحلیل‌های بندینگ مولکولی نشان داد که بتا-کاروتن، آستاگزانتین و زئاکانتین دارای اتصال قوی به پروتئین‌های مرتبط با آپوپتوز بودند که یافته‌های تجربی را پشتیبانی می‌کردند. این مطالعه اولین توصیف جامع از کاروتنوئیدهای میکروکوکوس ترریوس SK34 را ارائه می‌دهد و پتانسیل آن‌ها به عنوان عوامل انتخابی القای آپوپتوز را برای درمان سرطانی آینده برجسته می‌سازد.

متن کامل اصلی