Arzneimittelforschung 2006; 56(6): 474-482
DOI: 10.1055/s-0031-1296815
Mistletoe extracts Iscador®
Editio Cantor Verlag Aulendorf (Germany)

Effects of Mistletoe (Viscum album L.) Extracts Iscador on Cell Cycle and Survival of Tumor Cells

Marjan Harmsma
1  MUbio Products B.V., Maastricht, The Netherlands
,
Monique Ummelen
1  MUbio Products B.V., Maastricht, The Netherlands
2  Department of Molecular Cell Biology, Research Institutes GROW and NUTRIM, University of Maastricht, Maastricht, The Netherlands
,
Wendy Dignef
1  MUbio Products B.V., Maastricht, The Netherlands
,
Karel Jan Tusenius
3  Medical Centre Berg en Bosch, Bilthoven, The Netherlands
,
Frans C. S. Ramaekers
1  MUbio Products B.V., Maastricht, The Netherlands
2  Department of Molecular Cell Biology, Research Institutes GROW and NUTRIM, University of Maastricht, Maastricht, The Netherlands
› Author Affiliations
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Publication History

Publication Date:
22 December 2011 (online)

Summary

The molecular and cellular mechanisms by which mistletoe (Viscum album L.) extracts exert cytotoxic and immunomodulatory anti-tumoral effects are largely unknown. In this study the hypothesis that Iscador® preparations induce tumor regression by cell cycle inhibition and/or interference with apoptotic signaling pathways in cancer cells was investigated. Also a possible effect on angiogenesis, which is a prerequisite for tumor growth in vivo, is studied in endothelial cell cultures. Furthermore, it was examined which apoptotic signaling route(s) is (are) activated by Iscador by studying specific pro-apoptotic proteins in cultured cells.

To characterize these properties, 9 human cancer cell lines of different origin, one epidermis derived cell line and 2 endothelial cell cultures were incubated with different concentrations of Iscador Quercus Spezial and Iscador Malus Spezial. Cell cycle kinetic parameters were measured by bromodeoxyuridine (BrdU) pulse labeling and tubulin staining. Apoptotic responses were detected by M30 Cyto-Death or Annexin V/propidium iodide assays. Characterization of the apoptotic pathway(s) was performed by staining cells for amongst others active caspase 3 and cytochrome C (mitochondrial pathway), as well as active caspase 8 (death receptor pathway). The sensitivity to Iscador treatment varies strongly between different cell lines and also amongst the two different Iscador preparations. In sensitive cell lines, including those derived from small cell lung cancer, and adenocarcinoma of the lung and breast, as well as endothelial cell cultures, Iscador caused early cell cycle inhibition followed by apoptosis in a dose dependent manner. Amongst the low responders are cell lines derived from colorectal carcinoma. In general Iscador Malus exerted a stronger response than Iscador Quercus. Apoptosis was induced by activating the mitochondrial but not the death receptor dependent pathway, at least in case of Iscador Quercus. Iscador Malus also seemed to induce apoptosis via the death receptor route, which may explain the higher sensitivity of cancer and endothelial cells to this preparation.

Zusammenfassung

Einfluss von Mistel (Viscum album L.)-Extrakten Iscador auf den Zellzyklus und das Überleben von Tumorzellen

Die molekularen und zellulären Mechanismen, über die Mistel (Viscum album L.)-Extrakte zytotoxische und immunmodulatorische antitumorale Wirkungen entfalten, sind zum großen Teil unbekannt. In der vorliegenden Studie wurde die Hypothese überprüft, daß Iscador®-Präparate über eine Hemmung des Zellzyklus und/oder eine Beeinflussung der apoptotischen Signaltransduktionswege in Krebszellen zu einer Tumorregression führen. Außerdem wird eine mögliche Wirkung auf die Angiogenese, die eine Voraussetzung für das Tumorwachstum in vivo ist, in endothelialen Zellkulturen untersucht. Darüber hinaus wurde analysiert, welche(r) apoptotische(n) Signaltransduktionsweg(e) durch Iscador aktviert wird/werden, indem spezifische pro-apoptotische Proteine in kultivierten Zellen untersucht wurden.

Um diese Eigenschaften charakterisieren zu können, wurden 9 humane Krebszelllinien unterschiedlicher Herkunft, eine aus der Epidermis abgeleitete Zelllinie sowie zwei endotheliale Zellkulturen, mit verschiedenen Konzentrationen von Iscador Quercus Spezial und Iscador Malus Spezial inkubiert. Die kinetischen Parameter des Zellzyklus wurden mittels Bromodeoxyuridin (BrdU) Pulse Labeling und Tubulin-Färbung gemessen. Die apoptotischen Reaktionen wurden mittels M30 CytoDeath oder Annexin V/propidium Iodid Assays nachgewiesen. Die Charakterisierung des/der apoptotischen Signaltransduktionswege(s) erfolgte durch Anfärben der Zellen unter anderem für aktive Caspase 3 und Cytochrom C (mitochondrialer Transduktionsweg) sowie für aktive Caspase 8 (Todesrezeptor-Transduktionsweg). Die Sensitivität für die Iscador-Behandlung unterscheidet sich bei den verschiedenen Zelllinien und auch bei den beiden verschiedenen Iscador-Präparaten stark. Bei sensitiven Zelllinien, wie zum Beispiel den vom kleinzelligen Lungenkarzinom und vom Adenokarzinom der Lunge und der Brust abgeleiteten Zelllinien sowie bei endothelialen Zellkulturen, führte Iscador dosisabhängig zu einer frühzeitigen Hemmung des Zellzyklus, auf die eine Apoptose folgte. Zu den schwachen Respondern gehören vom kolorektalen Karzinom abgeleitete Zelllinien. Im Allgemeinen führte Iscador Malus zu einer stärkeren Reaktion als Iscador Quercus. Die Apoptose wurde durch Aktivierung des mitochondrialen Transduktionsweges induziert, zumindest im Fall von Iscador Quercus. Iscador Malus schien ebenfalls die Apoptose über den Todesrezeptor-Transduktionsweg zu induzieren; dies ist eine mögliche Erklärung für die höhere Sensitivtät der Krebs- und Endothelzellen für dieses Präparat.