Przełom w leczeniu opornego raka prostaty: nowy związek indukujący ferroptozę

Czy nowe strategie mogą przełamać oporność na raka prostaty?

Badanie eksperymentalne przeprowadzone przez zespół badaczy koncentruje się na opracowaniu nowych strategii terapeutycznych w leczeniu opornego na kastrację raka prostaty (CRPC) oraz neuroendokrynnego raka prostaty (NEPC). Badacze stworzyli bibliotekę małych cząsteczek i przeprowadzili przesiewowe badania in vitro, aby zidentyfikować potencjalne związki o działaniu przeciwnowotworowym.

Badania prowadzono na różnych liniach komórkowych raka prostaty, w tym C4-2B i 22Rv1, reprezentujących modele CRPC, a także na normalnych komórkach prostaty RWPE1. Dodatkowo wykorzystano organoidy raka prostaty pochodzące od pacjentów po terapii deprywacji androgenowej (ADT) oraz modele mysie z ksenoprzeszczepami.

Autorzy wykazali, że rak prostaty jest jednym z najczęstszych nowotworów złośliwych u mężczyzn na świecie. Pomimo skuteczności początkowej terapii deprywacji androgenowej (ADT), pacjenci ostatecznie rozwijają oporność na kastrację (CRPC), co przyczynia się do większości zgonów związanych z rakiem prostaty. Chociaż niedawno opracowane inhibitory szlaku sygnałowego receptora androgenowego (ARSIs), takie jak enzalutamid, apalutamid, darolutamid i abirateron, wykazują znaczącą skuteczność kliniczną w CRPC, ostatecznie rozwija się oporność na te leki. Co więcej, częstość występowania neuroendokrynnego raka prostaty (NEPC) wzrosła w erze nowych ARSIs. Ze względu na inaktywację szlaku sygnałowego AR, pacjenci z NEPC nie reagują na ARSIs i umierają wkrótce po progresji do NEPC. Dlatego istnieje pilna potrzeba identyfikacji nowych środków terapeutycznych do leczenia CRPC i NEPC.

Czy ferroptoza to klucz do walki z opornością na ARSIs?

Niedawne badania wykazały, że SLC7A11, znany ze swojej roli w ochronie komórek przed ferroptozą, był znacząco regulowany w górę przez antagonistów AR drugiej generacji, takie jak enzalutamid i darolutamid. Dodatkowo, zahamowanie szlaku peroksydazy lipidowej, aktywowanego podczas ferroptozy, zostało zidentyfikowane jako wspólna cecha komórek nowotworowych opornych na terapię w różnych stanach mezenchymalnych, w tym w raku prostaty. Te odkrycia sugerują, że celowanie w ferroptozę może być strategią terapeutyczną zapobiegającą nabytej oporności na leki.

W wyniku badań przesiewowych biblioteki ponad 450 związków, badacze zidentyfikowali L14, analog ezetimibu (leku stosowanego w leczeniu hipercholesterolemii), jako związek o znacznym potencjale przeciwnowotworowym. Poprzez dalszą optymalizację strukturalną uzyskano analog L14-8, który wykazywał jeszcze silniejsze działanie przeciwnowotworowe. Badania mechanistyczne wykazały, że L14-8 indukuje ferroptozę – formę programowanej śmierci komórkowej zależną od peroksydacji lipidów – poprzez aktywację szlaku PLK1/TP53-SAT1.

Badacze szybko zbudowali bibliotekę małych cząsteczek zawierającą 461 związków z siedmioma kategoriami o różnych strukturach rdzeniowych, w tym hydrazony, aminy, tiole, alkeny, pirazoliny i inne. Ocena ich wpływu na żywotność komórek w liniach CRPC wykazała, że sześć związków (Y8, A182, A94, B5, A193 i L14) znacząco hamowało wzrost guza w obu liniach komórkowych. Dalsze testy na normalnej linii komórkowej prostaty RWPE1 ujawniły, że L14 miał najmniejszy wpływ na wzrost normalnych komórek spośród sześciu związków. Co istotne, oryginalny lek ezetimib nie wpływał znacząco na wzrost komórek nowotworowych przy tej samej dawce.

Analiza transkryptomiczna wykazała, że L14-8 znacząco wpływa na ekspresję genów związanych z metabolizmem lipidów, wzrostem komórek i śmiercią komórkową. Analiza wzbogacenia genów (DGEA) i analiza wzbogacenia zestawu genów (GSEA) wskazały na znaczące wzbogacenie szlaku ferroptozy. Testy z wykorzystaniem sondy fluorescencyjnej C11-BODIPY i oznaczenia peroksydacji lipidów potwierdziły aktywację ferroptozy po zastosowaniu L14-8. Co istotne, inhibitor ferroptozy ferr-1 znacząco ratował wzrost komórek nowotworowych indukowany przez L14-8, potwierdzając ferroptotyczny mechanizm działania tego związku.

Jak L14-8 modyfikuje szlaki sygnalne nowotworu?

Badacze wykazali, że L14-8 indukuje ekspresję SAT1 (spermidyno/spermino N1-acetylotransferaza 1) – kluczowego modulatora w regulacji metabolizmu poliamin, którego nadekspresja prowadzi do znacznego zahamowania wzrostu i apoptozy mitochondrialnej. Ekspresja SAT1 jest regulowana transkrypcyjnie przez TP53, a wyłączenie SAT1 za pomocą technologii CRISPR-Cas13 skutecznie znosiło hamowanie wzrostu guza wywołane przez L14-8.

Aby zbadać, w jaki sposób L14-8 zwiększa ekspresję mRNA SAT1, badacze zbadali zarówno niedojrzałe, jak i dojrzałe mRNA po zastosowaniu L14-8. Wyniki wykazały znaczącą regulację w górę zarówno niedojrzałego, jak i dojrzałego mRNA SAT1 przez L14-8, wskazując na regulację transkrypcyjną. Biorąc pod uwagę centralną rolę TP53 w genach regulowanych przez L14-8 i znaną regulację transkrypcyjną SAT1 przez TP53 w wyzwalaniu ferroptozy, badacze sprawdzili, czy TP53 jest niezbędny do indukowanej przez L14-8 aktywacji transkrypcji SAT1. Wyciszenie TP53 za pomocą CRISPR-Cas13 ujawniło, że deplecja TP53 znacząco znosiła regulację w górę SAT1 indukowaną przez L14-8. Analiza ChIP-seq w różnych modelach komórek nowotworowych wskazała na znaczące wzbogacenie TP53 w promotorze SAT1, a ChIP-qPCR wykazało zwiększone wiązanie TP53 do promotora SAT1, z dalszym wzrostem po zastosowaniu L14-8.

Dodatkowo, analiza przewidywanych celów molekularnych L14-8 i badania dokowania molekularnego wykazały, że L14-8 wiąże się z PLK1 (kinaza podobna do polo 1), prowadząc do jej degradacji i zwiększając aktywność transkrypcyjną TP53 poprzez zwiększoną fosforylację i ekspresję białka TP53. Badanie CETSA (Cellular Thermal Shift Assay), uznana metoda oceny interakcji białko-związek, wykazało, że leczenie L14-8 znacząco zwiększało stabilność termiczną endogennego PLK1 w modelach komórkowych raka prostaty. Dalsze testy stabilności białka wykazały, że leczenie L14-8 indukowało znaczącą degradację PLK1 w sposób zależny od ubikwityny, ponieważ suplementacja inhibitorem proteasomu MG132 znosiła indukowaną przez L14-8 degradację PLK1.

Czy L14-8 w połączeniu z antagonistami AR zwiększa skuteczność leczenia?

W badaniach in vivo na modelu mysim z ksenoprzeszczepami C4-2B, L14-8 znacząco hamował wzrost guza w sposób zależny od dawki. Barwienie Ki67, markera proliferacji komórek, wykazało wyraźny spadek ekspresji Ki67 w guzach leczonych L14-8, co potwierdza jego działanie antyproliferacyjne. Co ważne, barwienie H&E głównych narządów, takich jak serce, nerki, wątroba, płuca i śledziona, nie wykazało istotnych zmian przy wysokich dawkach L14-8 w porównaniu z kontrolą. Wskaźniki funkcji wątroby i nerek były podobne między myszami leczonymi L14-8 i kontrolnymi, z wyjątkiem spadku ALP w grupie otrzymującej wysokie dawki L14-8.

Dodatkowo, kombinacja L14-8 z niskimi dawkami antagonistów AR, takich jak enzalutamid i darolutamid, znacząco zwiększała ich działanie przeciwnowotworowe w modelach komórkowych raka prostaty z ekspresją AR. Sugeruje to, że łączenie L14-8 z niskimi dawkami antagonistów AR może potencjalnie przezwyciężyć oporność indukowaną przez antagonistów AR, ponieważ obecne dawki kliniczne antagonistów AR, takich jak enzalutamid (25 µM) i darolutamid (15 µM), szybko indukują przeprogramowanie transkrypcji AR i oporność na leki.

Wyniki tych badań wskazują, że L14-8 może być obiecującym kandydatem na lek w leczeniu CRPC i NEPC, działając poprzez mechanizm niezależny od szlaku sygnałowego AR. Indukcja ferroptozy poprzez aktywację szlaku PLK1/TP53-SAT1 stanowi nową strategię terapeutyczną, która może przezwyciężyć oporność na istniejące terapie ukierunkowane na AR. Dodatkowo, kombinacja L14-8 z konwencjonalnymi antagonistami AR może zwiększyć skuteczność leczenia raka prostaty.

Podsumowanie

Badanie eksperymentalne koncentruje się na opracowaniu nowych strategii w leczeniu opornego na kastrację raka prostaty (CRPC) oraz jego neuroendokrynnej odmiany (NEPC). Naukowcy zidentyfikowali związek L14-8, analog ezetimibu, wykazujący silne działanie przeciwnowotworowe poprzez indukcję ferroptozy – programowanej śmierci komórkowej. Mechanizm działania L14-8 opiera się na aktywacji szlaku PLK1/TP53-SAT1, co prowadzi do zahamowania wzrostu guza. Badania na modelach mysich potwierdziły skuteczność i bezpieczeństwo L14-8, a jego połączenie z konwencjonalnymi antagonistami receptora androgenowego (AR) wykazało zwiększoną efektywność terapeutyczną. Te odkrycia stanowią obiecującą strategię w walce z opornością na obecne terapie raka prostaty.