The Molecular Basis for Inhibition of Stemlike Cancer Cells by Salinomycin

Abstract

Tumors are phenotypically heterogeneous and include subpopulations of cancer cells with stemlike properties. The natural product salinomycin, a K+-selective ionophore, was recently found to exert selectivity against such cancer stem cells. This selective effect is thought to be due to inhibition of the Wnt signaling pathway, but the mechanistic basis remains unclear. Here, we develop a functionally competent fluorescent conjugate of salinomycin to investigate the molecular mechanism of this compound. By subcellular imaging, we demonstrate a rapid cellular uptake of the conjugate and accumulation in the endoplasmic reticulum (ER). This localization is connected to induction of Ca2+ release from the ER into the cytosol. Depletion of Ca2+ from the ER induces the unfolded protein response as shown by global mRNA analysis and Western blot analysis of proteins in the pathway. In particular, salinomycin-induced ER Ca2+ depletion up-regulates C/EBP homologous protein (CHOP), which inhibits Wnt signaling by down-regulating β-catenin. The increased cytosolic Ca2+ also activates protein kinase C, which has been shown to inhibit Wnt signaling. These results reveal that salinomycin acts in the ER membrane of breast cancer cells to cause enhanced Ca2+ release into the cytosol, presumably by mediating a counter-flux of K+ ions. The clarified mechanistic picture highlights the importance of ion fluxes in the ER as an entry to inducing phenotypic effects and should facilitate rational development of cancer treatments.

Manipulation of Transmembrane Transport by Synthetic K+ Ionophore Depsipeptides and Its Implications in Glucose‐Stimulated Insulin Secretion in β‐Cells

“…We also performed cellular localization studies in INS1E cells with the fluorescently tagged cereulide JG121 to confirmt hat the cyclic depsipeptides are cell-penetrating compounds, an important feature when studying biological eventsm ediated by K + ioni nteractions. [41][42][43] The INS1E cells, culturedu nder standardc onditions, were incubated with 2.5 and 25 ng mL À1 of the probe from an initial solution in DMSO. The nucleus of fixed cells was stained with DAPI (4',6-diamino-2-phenylindole).…”

Chemical Syntheses and Chemical Biology of Carboxyl Polyether Ionophores: Recent Highlights

“…[98] Recently,two studies have addressed the mechanism of the CSC-selectivity of salinomycin by probing living cells with functionally competent synthetic analogues of salinomycin. [99,100] Both approaches took their starting point in ac hemoselective derivatization of C20 in salinomycin-the Strand lab incorporated an itrobenzoxadiazole (NBD) fluorophore via ac arbonate linker,w hereas the Rodriguez lab installed apropargyl amine at C20 by reductive amination to yield the analogue AM5 (Figure 2c). [99,100] Salinomycin and the NBD analogue display equipotent inhibition of Wnt signaling,w hile AM5 harbored improved potencya nd selectivity towards CSCs.T he two studies both utilized their respective analogues to visualize the subcellular Figure 2.…”

Chemische Synthesen und chemische Biologie von Carboxylpolyether‐Ionophoren: Aktuelle Entwicklungen

“…[97] In frühe Versuchen, die mechanistische Grundlage fürd iese Selektivitätz ue nthüllen, verwendeten Lu und Mitarbeiter einen SuperTOPflash-Zellassay und fanden, dass sowohl Salinomycin als auch das eng verwandte Ionophor Nigericin den Wnt-Signalweg in submikromolaren Konzentrationen inhibieren. [99,100] Beide Ansätze begannen mit einer chemoselektiven Derivatisierung an C20 von Salinomycin;S trand und Mitarbeiter bauten einen Nitrobenzoxadiazol(NBD)-Fluorophor über einen Carbonat-Linker ein, während Rodriguez und Mitarbeiter ein Propargylamin am C20 durch reduktive Aminierung installierten, um das Analogon Am5 zu erhalten (Abbildung 2c). [99,100] Beide Ansätze begannen mit einer chemoselektiven Derivatisierung an C20 von Salinomycin;S trand und Mitarbeiter bauten einen Nitrobenzoxadiazol(NBD)-Fluorophor über einen Carbonat-Linker ein, während Rodriguez und Mitarbeiter ein Propargylamin am C20 durch reduktive Aminierung installierten, um das Analogon Am5 zu erhalten (Abbildung 2c).…”

“…[98] Vorkurzem wurde in zwei Studien der Mechanismus der CSC-Selektivitätv on Salinomycin er-forscht, wobei lebende Zellen mit funktional kompetenten, synthetischen Analoga von Salinomycin getestet wurden. [99,100] Beide Ansätze begannen mit einer chemoselektiven Derivatisierung an C20 von Salinomycin;S trand und Mitarbeiter bauten einen Nitrobenzoxadiazol(NBD)-Fluorophor über einen Carbonat-Linker ein, während Rodriguez und Mitarbeiter ein Propargylamin am C20 durch reduktive Aminierung installierten, um das Analogon Am5 zu erhalten (Abbildung 2c). [99,100] Salinomycin und das NBD-Analogon bewirken eine äquipotente Hemmung des Wnt-Signalwegs,w ährend AM5 eine verbesserte Wirksamkeit und Selektivitätg egen CSCs zeigt.…”

“…[99,100] Beide Ansätze begannen mit einer chemoselektiven Derivatisierung an C20 von Salinomycin;S trand und Mitarbeiter bauten einen Nitrobenzoxadiazol(NBD)-Fluorophor über einen Carbonat-Linker ein, während Rodriguez und Mitarbeiter ein Propargylamin am C20 durch reduktive Aminierung installierten, um das Analogon Am5 zu erhalten (Abbildung 2c). [99,100] Salinomycin und das NBD-Analogon bewirken eine äquipotente Hemmung des Wnt-Signalwegs,w ährend AM5 eine verbesserte Wirksamkeit und Selektivitätg egen CSCs zeigt. In beiden Studien werden die entsprechenden Analoga genutzt, um die subzelluläre Verteilung von Salinomycin zu visualisieren.…”