Exploitation of new chromene-based compounds as promising agents for cancer treatment

Abstract

Cancer is a devastating disease, responsible for 9.9 million deaths worldwide in 2020. Female breast cancer is the most diagnosed cancer and with the highest mortality rate. The statistics show that this tendency will continue to rise in the next years, becoming urgent the development of new and more effective drugs capable to overcome resistance and toxicity problems, associated to the current available therapies. The chromene moiety has been recognized in several natural and synthetic compounds, exhibiting very interesting biological activities, namely anticancer activity. The present work aimed to assess the anticancer potential of two synthesized chromene-based family – FD and DL-chromene-based compounds, in the breast cancer cell model. The anticancer potential of the FD-chromene-based compounds was evaluated through a first screening of the compounds in different BC cell lines. Chromenes displaying the best activity profile proceeded to IC50 determination and in vitro and in vivo toxicity assays, using a non-neoplastic cell line (MCF-10A) and the Caenorhabditis elegans model, proving their non-toxic profile. To study their mechanism of action, more specific in vitro assays were conducted and the results showed the ability of the compounds to induce cell death through apoptosis, cell cycle arrest, to inhibit cell migration, proliferation and to interfere with key enzymes in the glycolytic process. Lastly, two lead compounds were identified and the Chick Chorioallantoic Membrane (CAM) model was used for in vivo efficacy studies. The analyzed chromenes were able to inhibit tumor proliferation and angiogenesis, evidencing their potential as anticancer drug candidates. The anticancer potential regarding DL-chromene-based compounds was initiated in a previous project. In the present work, three of the most promising molecules were selected to investigate their influence in the expression levels of proteins related to cell death and metabolism, to characterize their mechanism of action. The results showed that the chromenes were able to induce cell death through apoptosis as well as to reduce the expression levels of multiple key enzymes involved in the glycolytic process.

O cancro é uma doença devastadora responsável globalmente por 9.9 milhões de mortes em 2020. O cancro da mama é o mais diagnosticado e mortal nas mulheres. Esta tendência vai continuar a aumentar nos próximos anos, tornando-se urgente o desenvolvimento de novas moléculas mais eficazes, capazes de ultrapassar os problemas de resistência e toxicidade associados às terapias atualmente usadas. O núcleo de cromeno foi reconhecido em múltiplos compostos naturais e sintéticos que exibem atividades biológicas interessantes, nomeadamente atividade anticancerígena. Este trabalho teve como objetivo avaliar o potencial anticancerígeno no modelo de células do cancro da mama de duas famílias de compostos sintetizadas no grupo de investigação, com base na unidade de cromeno (compostos FD e DL). O potencial anticancerígeno da família de compostos FD foi avaliada através de um primeiro screening dos compostos em diferentes linhas celulares do cancro da mama. Os cromenos que mostraram um perfil de atividade mais promissor, prosseguiram para ensaios de determinação de IC50 e toxicidade in vitro e in vivo, usando uma linha celular não neoplásica (MCF-10A) e o modelo Caenorhabditis elegans, provando ter um perfil seguro. De seguida, para estudar o seu mecanismo de ação, ensaios in vitro mais específicos foram realizados, mostrando a capacidade para induzir morte celular por apoptose, paragem do ciclo celular, inibição da migração, proliferação celular e interferência com enzimas-chave envolvidas no processo glicolítico. Por último, foram identificados dois compostos lead e o modelo da membrana corioalantóica de embrião de galinha (CAM) foi usada para estudar o perfil de eficácia in vivo. Estes cromenos demonstraram a capacidade de inibir a proliferação tumoral e angiogénese, evidenciando o seu potencial como agentes anticancerígenos. O perfil anticancerígeno dos cromenos DL já tinham sido iniciado num projeto anterior. Neste trabalho, as três moléculas mais promissoras foram selecionadas para investigar o nível de expressão de proteínas associadas à morte e metabolismo celular. Os resultados obtidos mostraram que os cromenos foram capazes de induzir morte celular por apoptose, assim como reduzir a expressão de várias enzimas-chave envolvidas no processo glicolítico.