Melatonin sensitizes human cervical cancer HeLa cells to cisplatin-induced cytotoxicity and apoptosis: effects on oxidative stress and DNA fragmentation

Abstract

Melatonin has antitumor activity via several mechanisms including its antiproliferative and pro-apoptotic effects as well as its potent antioxidant actions, although recent evidence has indicated that melatonin may perform pro-oxidant actions in tumor cells. Therefore, melatonin may be useful in the treatment of tumors in association with chemotherapy drugs. This study was intended to evaluate the in vitro effect of melatonin on the cytotoxic and pro-apoptotic actions of various chemotherapeutic agents in cervical cancer HeLa cells. Herein, we found that both melatonin and three of the chemotherapeutic drugs tested, namely cisplatin (CIS), 5-fluorouracil (5-FU), and doxorubicin, induced a decrease in HeLa cell viability. Furthermore, melatonin significantly increased the cytotoxic effect of such chemotherapeutic agents. Consistently, costimulation of HeLa cells with any chemotherapeutic agent in the presence of melatonin further increased caspase-3 activation, particularly in CIS- and 5-FU-challenged cells. Likewise, concomitant treatments with melatonin and CIS significantly enhanced the ratio of cells entering mitochondrial apoptosis due to reactive oxygen species (ROS) overproduction, substantially augmented the population of apoptotic cells, and markedly enlarged DNA fragmentation compared to the treatments with CIS alone. Nonetheless, melatonin only displayed moderate chemosensitizing effects in 5-FU-stimulated HeLa cells, as suggested by slight increments in the percentage of cells stimulated for ROS production and in the proportion of early apoptotic cells compared to the treatments with 5-FU alone. In summary, our findings provided evidence that in vitro melatonin strongly enhances CIS-induced cytotoxicity and apoptosis in HeLa cells and, hence, the indoleamine could be potentially applied to cervical cancer treatment as a powerful synergistic agent

La melatonina tiene actividad antitumoral a través de varios mecanismos, incluyendo sus efectos antiproliferativos y pro-apoptóticos, así como sus potentes acciones antioxidantes, aunque la evidencia reciente ha indicado que la melatonina puede realizar acciones pro-oxidantes en las células tumorales. Por lo tanto, la melatonina puede ser útil en el tratamiento de tumores asociados con fármacos quimioterápicos. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto in vitro de la melatonina sobre las acciones citotóxicas y pro-apoptósicas de diversos agentes quimioterapéuticos en células HeLa de cáncer de cuello uterino. En este trabajo se encontró que tanto la melatonina como tres de los antineoplásicos probados, cisplatino (CIS), 5-fluorouracilo (5-FU) y doxorubicina, indujeron una disminución en la viabilidad de las células HeLa. Además, la melatonina aumentó significativamente el efecto citotóxico de dichos agentes quimioterápicos. La coestimulación sistemática de células HeLa con cualquier agente quimioterapéutico en presencia de melatonina aumentó aún más la activación de la caspasa-3, particularmente en células con CIS y 5-FU. Asimismo, los tratamientos concomitantes con melatonina y CIS aumentaron significativamente la proporción de células que ingresan en la apoptosis mitocondrial debido a la sobreproducción de especies reactivas de oxígeno (ROS), aumentaron sustancialmente la población de células apoptósicas y aumentaron notablemente la fragmentación del DNA en comparación con los tratamientos con CIS solos. Sin embargo, la melatonina solo mostró efectos quimiosensibilizantes moderados en las células HeLa estimuladas con 5-FU, como lo sugieren los ligeros incrementos en el porcentaje de células estimuladas para la producción de ERO y en la proporción de células apoptósicas tempranas en comparación con los tratamientos con 5-FU solo. En resumen, nuestros hallazgos proporcionaron evidencia de que la melatonina in vitro aumenta fuertemente la citotoxicidad y la apoptosis inducidas por el CIS en células HeLa y, por lo tanto, la indolamina podría ser potencialmente aplicada al tratamiento del cáncer de cuello uterino como un potente agente sinérgico