زعفران تکثیر و تحرک سلول‌های سرطان روده بزرگ وابسته به MACC1 را محدود می‌کند و ساختار میکروبیوم را تغییر می‌دهد

زعفران اثر مفیدی به عنوان مکمل در درمان بسیاری از بیماری‌ها از طریق خواص ضد اکسیدان و ضد التهابی خود نشان داده است. ما پیش‌تر ژن MACC1 را شناسایی کرده و اهمیت آن را به عنوان محرک متاستاز، بیومارکر پیش‌آگهی و پیش‌بینی‌کننده سرطان کولورکتال (CRC) نشان دادیم. این ژن به عنوان نیروی محرک قاطع برای تومورزایی و متاستاز در طیف وسیعی از سرطان‌های جامد تأیید شده است. بنابراین، ما تأثیر مهاری عصاره‌های زعفران بر رشد و حرکات سلول سرطانی القا شده توسط MACC1 و اثرات آن بر میکروبیوم روده را بررسی کردیم. ابتدا، تکثیر سلولی سلول‌های با بیان بالای MACC1 و با بیان پایین MACC1 را با استفاده از روش MTT و سیستم تصویربرداری سلولی آنی-IncuCyte ارزیابی کردیم. ما از خطوط سلولی سرطان کولون SW480 با بیان اندوژن پایین MACC1 و کلون‌هایی با بیش‌بیانی اکتوپی MACC1 استفاده کردیم. علاوه بر این، سلول‌های SW620 با بیان بالای اندوژن MACC1 و حذف MACC1 توسط سیستم CRISPR-Cas9 نیز مورد استفاده قرار گرفتند.سلول‌ها با مقادیر رو به افزایش استخراج‌شده از ۴ گونه مختلف زعفران درمان شدند و تکثیر وابسته به غلظت با استفاده از آزمایش MTT تحلیل شد. تغییرات در چرخه سلولی توسط FACS مورد ارزیابی قرار گرفت. مهاجرت در محیط آزمایشگاهی با استفاده از آزمایش‌های Boyden chamber اندازه‌گیری شد. فعال‌سازی کاسبازها توسط وسترن بلات تحلیل شد. علاوه بر این، رتی که با زعفران درمان شده بودند، میکروبیوم روده آن‌ها از طریق توالی‌یابی 16S rDNA نمونه‌های DNA مدفوعی آنالیز شد. با افزودن زعفران، سلول‌هایی با بیان بالای MACC1 در مقایسه با سلول‌هایی با بیان کاهش‌یافته MACC1، تأخیر در رشد نشان دادند. همچنین، مهاجرت وابسته به MACC1 زمانی که سلول‌ها با عصاره‌های زعفران درمان شدند، کاهش یافت. ما فعال‌سازی کاسبازها را مشاهده نکردیم، اما نشان دادیم که سلول‌های مثبت MACC1 پس از درمان با عصاره‌های زعفران در چرخه سلولی متوقف شدند. با استفاده از اندازه‌گیری زنده و بلادرنگ تکثیر سلولی، کروسین به‌عنوان فعال‌ترین ترکیب در سیستم ما شناسایی شد. علاوه بر این، رتی که با زعفران تغذیه شدند، تغییرات عمده‌ای در سطح شاخه اصلی میکروبیوم روده خود نشان دادند.کاهش/تخلیه چشمگیر سیانوباکتری‌ها و پروتئوباکتری‌ها و کاهش نسبت باکتروئیدها/فیریمیکوت‌ها در موش‌هایی که با زعفران درمان شده بودند، مشاهده شد. این کاهش‌ها با غنی‌سازی در شاخه‌های اسپیریوشیت‌ها، تنریکوت‌ها و کاندیداتوس ساکهاری‌باکتریا در این موش‌ها همراه بود. این نخستین شناسایی ترکیبات مبتنی بر زعفران است که از تکثیر و پیشرفت جنبش سلول‌های سرطانی از طریق هدف نوین MACC1 جلوگیری می‌کند. علاوه بر این، تغییر ترکیب میکروبیوم توسط زعفران، سنتز اسیدهای چرب زنجیره کوتاه را تسهیل می‌کند. استفاده از زعفران یا برخی از عصاره‌های آن ممکن است برای بیماران مبتلا به سرطان کولورکتال ارزش درمانی داشته باشد.

Saffron has proven a beneficial effect as a supplement in the treatment of many conditions through its perceived anti-oxidative and anti-inflammatory properties. We previously identified the gene MACC1 and demonstrated its importance as metastasis inducer, prognostic and predictive biomarker for colorectal cancer (CRC). It is confirmed as decisive driver for tumorigenesis and metastasis for a broad range of solid cancers. Therefore, we explored the inhibitory impact of saffron extracts on MACC1-induced cancer cell growth and motility and its effects on the gut microbiome. First, we assessed cell proliferation of MACC1-high and MACC1-low expressing cells using MTT and the IncuCyte real-time cell imaging system. We employed the endogenously MACC1-low expressing colon cancer cell line SW480 and clones with ectopic MACC1 overexpression. In addition, SW620 cells with endogenous high MACC1 expression and CRISPR-Cas9 mediated MACC1 knock-out were used. Cells were treated with increasing amounts of extracts from 4 different saffron species and concentration-dependent proliferation was analyzed by MTT assay. Changes in cell cycle were assessed by FACS. In vitro migration was measured by Boyden chamber assays. Activation of caspases was analyzed by Western blot. In addition, rats treated with saffron had their gut microbiome analyzed through 16S rDNA sequencing of fecal DNA samples. Upon addition of saffron, cells with high MACC1 expression showed a growth delay compared to cells with reduced MACC1 expression. Further, MACC1-dependent migration was reduced when cells were treated with saffron extracts. We did not find activation of caspases, but we showed a cell cycle arrest of MACC1 positive cells treated with saffron extracts. Using real-time measurement of cell proliferation we identified crocin as most active compound, in our system. Furthermore, rats fed with saffron showed major changes at the phylum level of their gut microbiome. A dramatic reduction/depletion of Cyanobacteria and Proteobacteria and a decrease of Bacteroidetes/Firmicutes ratio was found within the saffron treated rats. These reductions were accompanied by enrichment in Spirochaetes, Tenericutes and Candidatus saccharribacteria phyla in these rats. This is the first identification of saffron-based compounds restricting cancer cells proliferation and motility progression via the novel target MACC1. In addition, change of microbiome composition by saffron favors short chain fatty acid synthesis. The use of saffron or some of its extracts might be of therapeutic value to CRC patients. Citation Format: Nazli Güllü, Hassan Brim, Marjorie Gondre-Lewis, Silvia Bisti, Hamid Shoraka, Dennis Kobelt, Akbar Soleimani, Lena Timm, Janice Smith, Hassan Ashktorab, Ulrike Stein.