Dietary crocin reverses melanoma metastasis

Abstract

Crocus sativus and its bioactive constituent crocin are well known for anti-tumor potential in different models. However, the efficacy of crocin on in-vivo melanoma metastasis is not yet reported. In this study, melanoma metastatic model was developed by tail vein injection of B16F-10 cells in to C57BL/6 mice. Metastatic mice treated with two different doses of crocin (250 and 500 µg/kg of bodyweight) for 10 days and parameters such as lung metastasis inhibition, mean survival time, lung hydroxyproline, uronic acid and hexosamine levels were analyzed after 21 days of treatment. Then blood was collected and serum gamma glutamyl transpeptidase (g-GGT), sialic acid, tumor necrosis factor alpha (TNF-α), interleukin 10 (IL-10), IL-6, IL-2, and TIMP-1 levels were measured. Further, a lung histological examination was done in crocin treated metastatic mice. Subsequently hallmark metastatic parameters such as matrix metalloproteinases (MMPs), extracellular regulated kinase 2 (ERK2), vascular endothelial growth factor (VEGF), and K-ras gene expression were investigated in the lungs of crocin treated metastatic mice. Further, in-vitro adhesion, invasion and migration of B16F-10 cells were examined after 24 hours of crocin (5 and 10 µg/mL) treatment. Administration of crocin to tumor bearing C57BL/6 mice reduced the lung metastasis by 85%. Elevated levels of hydroxyproline, uronic acid, hexosamine, serum sialic acid and g-GGT in metastatic control were found to be significantly reduced in crocin treated mice. Crocin also inhibited expression of MMP-2, MMP-9, ERK-2, K-ras, and VEGF. Crocin reduced the ability of B16F-10 cells invasion (P<0.05), migration (P<0.05) and adhesion by upregulating E-cadherin expression. In conclusion, crocin elicited marked anti-metastatic potential by regulating the metastasis induced biomarkers.

Keywords

dietary crocin / melanoma / lung metastasis / B16F-10 / E-cadherin / MMPs / ERKs

References

[1] Shore RN, Shore  P, Monahan NM, Serial screening for melanoma: measures and strategies that have consistently achieved early detection and cure[J]. J Drugs Dermatol, 2011, 10(3): 244–252

[2] Boyle GM. Therapy for metastatic melanoma: an overview  and update[J]. Expert Rev Anticancer Ther, 2011, 11(5): 725–737

[3] Houghton AN, Polsky  D. Focus on melanoma[J]. Cancer Cell, 2002, 2(4): 275–278

[4] Chaffer CL, Weinberg  RA. A perspective on cancer cell metastasis[J]. Science, 2011, 331(6024): 1559–1564

[5] Zheng H, Takahashi  H, Murai Y, Expressions of MMP-2, MMP-9 and VEGF are closely linked to growth, invasion, metastasis and angiogenesis of gastric carcinoma[J]. Anticancer Res, 2006, 26(5A): 3579–3583

[6] Gupta MK, Qin  RY. Mechanism and its regulation of tumor-induced angiogenesis[J]. World J Gastroenterol, 2003, 9(6): 1144–1155

[7] Xie K, Huang  S. Contribution of nitric oxide-mediated apoptosis to cancer metastasis inefficiency[J]. Free Radic Biol Med, 2003, 34(8): 969–986

[8] de Melo FM, Braga  CJ, Pereira FV, Anti-metastatic immunotherapy based on mucosal administration of flagellin and immunomodulatory P10[J]. Immunol Cell Biol, 2015, 93(1): 86–98

[9] Gupta GP, Massagué  J. Cancer metastasis: building a framework[J]. Cell, 2006, 127(4): 679–695

[10] Hartwell JL. Plants Used Against Cancer: A Survey[M]. Lawrence, MA: Quarterman Publications, 1982; 438–439.

[11] Sithranga Boopathy N,  Kathiresan K. Anticancer drugs from marine flora: an overview[J]. J Oncol, 2010, 2010: 214186.

[12] Leyon PV, Kuttan  G. Effect of Withania somnifera on B16F-10 melanoma induced metastasis in mice[J]. Phytother Res, 2004, 18(2): 118–122

[13] Leyon PV, Lini  CC, Kuttan G. Inhibitory effect of Boerhaavia diffusa on experimental metastasis by B16F10 melanoma in C57BL/6 mice[J]. Life Sci, 2005, 76(12): 1339–1349

[14] Thejass P, Kuttan  G. Antimetastatic activity of Sulforaphane[J]. Life Sci, 2006, 78(26): 3043–3050

[15] Sunila ES, Kuttan  G. A preliminary study on antimetastatic activity of Thuja occidentalis L. in mice model[J]. Immunopharmacol Immunotoxicol, 2006, 28(2): 269–280

[16] Manesh C, Kuttan  G. Effect of naturally occurring allyl and phenyl isothiocyanates in the inhibition of experimental pulmonary metastasis induced by B16F-10 melanoma cells[J]. Fitoterapia, 2003, 74(4): 355–363

[17] Menon LG, Kuttan  R, Kuttan G. Anti-metastatic activity of curcumin and catechin[J]. Cancer Lett, 1999, 141(1-2): 159–165

[18] Rios JL, Recio  MC, Giner RM, An update review of saffron and its active constituents[J]. Phytother Res, 1996, 10: 189–193.

[19] Abdullaev FI, Espinosa-Aguirre  JJ. Biomedical properties of saffron and its potential use in cancer therapy and chemoprevention trials[J]. Cancer Detect Prev, 2004, 28(6): 426–432

[20] Mousavi SH, Tavakkol-Afshari  J, Brook A, Direct toxicity of Rose Bengal in MCF-7 cell line: role of apoptosis[J]. Food Chem Toxicol, 2009, 47(4): 855–859

[21] Mousavi SH, Tavakkol-Afshari  J, Brook A, Role of caspases and Bax protein in saffron-induced apoptosis in MCF-7 cells[J]. Food Chem Toxicol, 2009, 47(8): 1909–1913

[22] Bakshi H, Touseef  T, Fassal G, Crocus sativus L. prevents progression of cell growth and enhances cell toxicity in human breast cancer and lung cancer cell lines[J]. Int J pharma. Life Sci, 2012, 2(1): 120–124.

[23] Bakshi H, Sam  S, Rozati R, DNA fragmentation and cell cycle arrest: a hallmark of apoptosis induced by crocin from kashmiri saffron in a human pancreatic cancer cell line[J]. Asian Pac J Cancer Prev, 2010, 11(3): 675–679

[24] Bakshi HA, Sam  S, Feroz A, Crocin from Kashmiri saffron (Crocus sativus) induces in-vitro and in-vivo xenograft growth inhibition of Dalton's lymphoma (DLA) in mice[J]. Asian Pac J Cancer Prev, 2009, 10(5): 887–890

[25] Gismondi A, Serio  M, Canuti L, Biochemical, Antioxidant and Antineoplastic Properties of Italian Saffron (Crocus sativus L.)[J]. Am J Plant Sci, 2012, 3: 1573–1580.

[26] Aung HH, Wang  CZ, Ni M, Crocin from Crocus sativus possesses significant anti-proliferation effects on human colorectal cancer cells[J]. Exp Oncol, 2007, 29(3): 175–180

[27] Lv CF, Luo  CL, Ji HY, [Influence of crocin on gene expression profile of human bladder cancer cell lines T24][J]. Zhongguo Zhong Yao Za Zhi, 2008, 33(13): 1612–1617

[28] Lussignoli S, Fraccaroli  M, Andrioli G, A microplate-based colorimetric assay of the total peroxyl radical trapping capability of human plasma[J]. Anal Biochem, 1999, 269(1): 38–44

[29] Jørgensen LV,  Andersen HJ,  Skibsted LH. Kinetics of reduction of hypervalent iron in myoglobin by crocin in aqueous solution[J]. Free Radic Res, 1997, 27(1): 73–87

[30] Kang IC, Kim DS, Jang Y, Suppressive mechanism of salmosin, a novel disintegrin in B16 melanoma cell metastasis[J]. Biochem Biophy Res Comm, 2000, 275(1): 169–173.

[31] Albini A, Iwamoto  Y, Kleinman HK, A rapid in-vitro assay for quantitating the invasive potential of tumor cells[J]. Cancer Res, 1987, 47(12): 3239–3245

[32] Shin DH, Kim  OH, Jun HS, Inhibitory effect of capsaicin on B16-F10 melanoma cell migration via the phosphatidylinositol 3-kinase/Akt/Rac1 signal pathway[J]. Exp Mol Med, 2008, 40(5): 486–494

[33] Fidler IJ. Tumor heterogeneity and the biology of cancer invasion and metastasis[J]. Cancer Res, 1978, 38(9): 2651–2660

[34] Hsu HF, Huang  KH, Lu KJ, Typhonium blumei extract inhibits proliferation of human lung adenocarcinoma A549 cells via induction of cell cycle arrest and apoptosis[J]. J Ethnopharmacol, 2011, 135(2): 492–500

[35] Bakshi HA, Hakkim  FL, Sam S. Molecular Mechanism of Crocin Induced Caspase Mediated MCF-7 Cell Death: In-Vivo Toxicity Profiling and Ex Vivo Macrophage Activation[J]. Asian Pac J Cancer Prev, 2016, 17(3): 1499–1506

[36] Voet D, Voet  JG. Biochemistry[M]. New York: Wiley, 1995, 157–258.

[37] Meister A. Selective modification of glutathione metabolism[J]. Science, 1983, 220(4596): 472–477

[38] Meister A. Glutathione deficiency produced by inhibition of its synthesis, and its reversal; applications in research and therapy[J]. Pharmacol Ther, 1991, 51(2): 155–194

[39] Büll C, Stoel  MA, den Brok MH, Sialic acids sweeten a tumor's life[J]. Cancer Res, 2014, 74(12): 3199–3204

[40] Bull C, den Brok  MH, Adema GJ. Sweet escape: Sialic acids in tumor immune evasion[J]. Biochim Biophys Acta, 2014, 1846(1): 238–246.

[41] Zhao Y, Sato  Y, Isaji T, Branched N-glycans regulate the biological functions of integrins and cadherins[J]. FEBS J, 2008, 275(9): 1939–1948

[42] Kurschat P, Mauch  C. Mechanisms of metastasis[J]. Clin Exp Dermatol, 2000, 25(6): 482–489

[43] Jeanes A, Gottardi  CJ, Yap AS. Cadherins and cancer: how does cadherin dysfunction promote tumor progression[J]? Oncogene, 2008, 27(55): 6920–6929

[44] Brezillon S, Zeltz  C, Schneider L, Lumican inhibits B16F1 melanoma cell lung metastasis[J]. J Physiol Pharmacol, 2009, 60(4 Suppl 4): 15–22

[45] Offenberg H, Brünner  N, Mansilla F, TIMP-1 expression in human colorectal cancer is associated with TGF-B1, LOXL2, INHBA1, TNF-AIP6 and TIMP-2 transcript profiles[J]. Mol Oncol, 2008, 2(3): 233–240

[46] Jiang Y, Goldberg  ID, Shi YE. Complex roles of tissue inhibitors of metalloproteinases in cancer[J]. Oncogene, 2002, 21(14): 2245–2252

[47] Osella-Abate S, Quaglino  P, Savoia P, VEGF-165 serum levels and tyrosinase expression in melanoma patients: correlation with the clinical course[J]. Melanoma Res, 2002, 12(4): 325–334

[48] Wedge SR, Ogilvie  DJ, Dukes M, ZD6474 inhibits vascular endothelial growth factor signaling, angiogenesis, and tumor growth following oral administration[J]. Cancer Res, 2002, 62(16): 4645–4655

[49] So J, Wang  FQ, Navari J, LPA-induced epithelial ovarian cancer (EOC) in-vitro invasion and migration are mediated by VEGF receptor-2 (VEGF-R2)[J]. Gynecol Oncol, 2005, 97(3): 870–878

[50] Siveen KS, Kuttan  G. Thujone inhibits lung metastasis induced by B16F-10 melanoma cells in C57BL/6 mice[J]. Can J Physiol Pharmacol, 2011, 89(10): 691–703

[51] Tracey KJ, Wei  H, Manogue KR, Cachectin/tumor necrosis factor induces cachexia, anemia, and inflammation[J]. J Exp Med, 1988, 167(3): 1211–1227

[52] Ocvirk J, Stabuc  B, Rudolf Z, Serum values of tumour necrosis factor-alpha and of soluble tumour necrosis factor- R55 in melanoma patients[J]. Melanoma Res, 2000, 10(3): 253–258

[53] Cubillos S, Scallon  B, Feldmann M, Effect of blocking TNF on IL-6 levels and metastasis in a B16-BL6 melanoma/mouse model[J]. Anticancer Res, 1997, 17(3C): 2207–2211

[54] Moretti S, Chiarugi  A, Semplici F, Serum imbalance of cytokines in melanoma patients[J]. Melanoma Res, 2001, 11(4): 395–399

[55] Fewkes NM, Mackall  CL. Novel gamma-chain cytokines as candidate immune modulators in immune therapies for cancer[J]. Cancer J, 2010, 16(4): 392–398

[56] Huang S, Ullrich  SE, Bar-Eli M. Regulation of tumor growth and metastasis by interleukin-10: the melanoma experience[J]. J Interferon Cytokine Res, 1999, 19(7): 697–703

[57] Howard M, O'Garra  A. Biological properties of interleukin 10[J]. Immunol Today, 1992, 13(6): 198–200

RIGHTS & PERMISSIONS

2017 2017 by the Journal of Biomedical Research. All rights reserved.