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Structure-activity relationship analysis of mono-methylated quercetins by comprehensive MS/MS analysis and anti-proliferative efficacy in human colorectal cancer cells - 01/03/25

Doi : 10.1016/j.biopha.2025.117930 
Sanghee Han a, 1, Yong Weon Yi b, 1, Hail Kim a, Min Young Lee c, Hyunjin Choi a, Yeon-Sun Seong b, In Jin Ha c, , Seok-Geun Lee a, c, d,
a Department of Biomedical Science & Technology, Kyung Hee University, Seoul 02447, Republic of Korea 
b Department of Biochemistry, College of Medicine, Multidrug-Resistant Refractory Cancer Convergence Research Center (MRCRC), Dankook University, Cheonan, Chungcheongnam-do 31116, Republic of Korea 
c Korean Medicine Clinical Trial Center, Kyung Hee University Korean Medicine Hospital, Seoul 02454, Republic of Korea 
d BioNanocomposite Research Center, Kyung Hee University, Seoul 02447, Republic of Korea 

Corresponding author.⁎⁎Corresponding author at: Department of Biomedical Science & Technology, Kyung Hee University, Seoul 02447, Republic of Korea.Department of Biomedical Science & Technology, Kyung Hee UniversitySeoul02447Republic of Korea

Abstract

Flavonoids and their derivatives are known for their diverse biological activities. This study aims to elucidate the structure-activity relationships (SARs) of flavonoids, including fisetin, luteolin, quercetin, and mono-methylated quercetins (MQs), with a focus on their potential as therapeutic agents for colorectal cancer (CRC). Using electrospray ionization tandem mass spectrometry (ESI-QTOF MS/MS) and retro Diels-Alder (rDA) analysis, we developed a novel analytical method to differentiate between MQs, despite their identical molecular weights, by analyzing their unique fragmentation patterns. Comparing the structures and activities of the tested flavonoids highlights the importance of the methylation and hydroxylation status at the carbon 3, 5, 7, 3’, and 4’ positions of quercetin for enhancing antiproliferative activity in human CRC cells. Specifically, 3-O-methylquercetin and 4’-O-methylquercetin were found to induce cell cycle arrest and apoptosis in CRC cells through mechanisms involving oxidative stress, mitochondrial dysfunction, and inactivation of the SRC/JAK2/STAT3 pathway, while exhibiting no cytotoxicity to normal human colon cells. These results suggest that MQs are promising therapeutic flavonoids for CRC treatment. This study underscores the importance of specific structural modifications in flavonoids to improve their anticancer efficacy, providing valuable insights for the development of targeted therapies for CRC.

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Graphical Abstract




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Highlights

A novel ESI-MS/MS method differentiates mono-methylated quercetins (MQs).
MQs differentially inhibit colorectal cancer (CRC) cell proliferation.
The anti-CRC effect of MQs depends on methylation and hydroxylation positions.
3-O-MQ and 4’-O-MQ trigger apoptosis via oxidative stress and STAT3 inhibition.
3-O-MQ and 4’-O-MQ exhibit no cytotoxicity to normal human colon cells.

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Abbreviations : 3-O-MQ, 5-O-MQ, 7-O-MQ, 4’-O-MQ, 5’-O-MQ, CE, CRC, DCF-DA, DMSO, ESI-QTOF MS/MS, FBS, FITC, IBD, IC50, Luc, MMP, MQs, NF-κB, NOX, PBS, PI, RDA, ROS, RPMI, RT-PCR, SAR, SEM, And STAT3

Keywords : Colorectal cancer, Quercetin, Mono-methylated quercetin derivatives, Structure-activity relationship, Antiproliferative activity, 3-O-methylquercetin, 4’-O-methylquercetin


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Vol 184

Article 117930- mars 2025 Retour au numéro
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