Targeted photoredox catalysis in cancer cells

化学 光催化 癌细胞 NAD+激酶 氧化磷酸化 氧化还原 催化作用 活性氧 线粒体 光化学 癌症 生物物理学 光催化 生物化学 遗传学 有机化学 生物
作者
Huaiyi Huang,Samya Banerjee,Kangqiang Qiu,Pingyu Zhang,Olivier Blacque,Thomas Malcomson,Martin J. Paterson,Guy J. Clarkson,Michael Staniforth,Vasilios G. Stavros,Gilles Gasser,Hui Chao,Peter J. Sadler
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:11 (11): 1041-1048 被引量:442
标识
DOI:10.1038/s41557-019-0328-4
摘要

Hypoxic tumours are a major problem for cancer photodynamic therapy. Here, we show that photoredox catalysis can provide an oxygen-independent mechanism of action to combat this problem. We have designed a highly oxidative Ir(iii) photocatalyst, [Ir(ttpy)(pq)Cl]PF6 ([1]PF6, where ‘ttpy’ represents 4′-(p-tolyl)-2,2′:6′,2′′-terpyridine and ‘pq’ represents 3-phenylisoquinoline), which is phototoxic towards both normoxic and hypoxic cancer cells. Complex 1 photocatalytically oxidizes 1,4-dihydronicotinamide adenine dinucleotide (NADH)—an important coenzyme in living cells—generating NAD• radicals with a high turnover frequency in biological media. Moreover, complex 1 and NADH synergistically photoreduce cytochrome c under hypoxia. Density functional theory calculations reveal π stacking in adducts of complex 1 and NADH, facilitating photoinduced single-electron transfer. In cancer cells, complex 1 localizes in mitochondria and disrupts electron transport via NADH photocatalysis. On light irradiation, complex 1 induces NADH depletion, intracellular redox imbalance and immunogenic apoptotic cancer cell death. This photocatalytic redox imbalance strategy offers a new approach for efficient cancer phototherapy. Current photodynamic therapy photosensitizers require oxygen; however, tumours are often hypoxic. Now, an organoiridium complex with an unusually high redox potential, which is effective in normoxia and hypoxia, has been developed. The organoiridium complex kills cancer cells by an immunogenic apoptotic mechanism involving efficient photocatalytic oxidation of NADH to NAD radicals, and reduction of cytochrome c.
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