Połączenie inhibitorów BET i DNMT może hamować opornego raka prostaty

Naukowcy z University of Michigan zidentyfikowali dwa mechanizmy, które mogą być jednocześnie celem leczenia szczególnie trudnych, transdyferencjonowanych postaci raka prostaty. Połączenie inhibitorów bromodomen BET z inhibitorami metylotransferaz DNA (DNMT) skuteczniej ograniczało wzrost komórek nowotworowych niż stosowanie każdego z tych podejść osobno. Wyniki uzyskano jednak na liniach komórkowych oraz w modelach mysich, dlatego strategia wymaga dalszych badań przed rozpoczęciem jej stosowania u pacjentów.

W artykule:

• Dlaczego zaawansowany rak prostaty staje się oporny na leczenie hormonalne?
• Transdyferencjacja jako mechanizm ucieczki komórek nowotworowych
• Dlaczego naukowcy połączyli inhibitory BET i DNMT?
• Wyniki badań na komórkach nowotworowych i w modelach mysich
• Czy połączenie leków może trafić do badań klinicznych?
• Potencjalne znaczenie także dla innych nowotworów

Oporność na leczenie pozostaje problemem w zaawansowanym raku prostaty

Rak prostaty należy do najczęściej rozpoznawanych nowotworów u mężczyzn. Według informacji przedstawionych przez autorów komunikatu około jeden na ośmiu mężczyzn otrzyma takie rozpoznanie w ciągu życia. Chociaż wielu chorych przeżywa chorobę, u części pacjentów dochodzi do rozwoju raka przerzutowego. W Stanach Zjednoczonych rak prostaty pozostaje drugą pod względem częstości przyczyną zgonów nowotworowych wśród mężczyzn.

Większość raków prostaty zachowuje cechy gruczołowe i wykazuje ekspresję genów charakterystycznych dla komórek gruczołowych. Ich wzrost jest ponadto uzależniony od działania androgenów – męskich hormonów płciowych, do których należy między innymi testosteron.

Z tego powodu jednym z podstawowych kierunków leczenia przerzutowego raka prostaty jest zahamowanie sygnalizacji receptora androgenowego. Terapia skierowana przeciwko temu szlakowi może być początkowo skuteczna, jednak – jak podkreślają badacze – z czasem u niemal wszystkich pacjentów z zaawansowaną chorobą dochodzi do rozwoju oporności.

Jednym ze sposobów, dzięki którym komórki nowotworowe mogą ominąć presję terapeutyczną, jest uruchomienie alternatywnych programów molekularnych prowadzących do głębokiej zmiany ich tożsamości biologicznej.

Transdyferencjacja pozwala komórkom nowotworowym zmienić swoją tożsamość

Niektóre nowotwory oporne na leczenie przestają przypominać klasyczne komórki gruczołowe prostaty. Aktywują odmienne szlaki sygnałowe, które zmieniają program ekspresji genów i umożliwiają komórkom przyjęcie innego fenotypu. Proces ten określa się jako transdyferencjację.

Wcześniejsze badania wykazały, że utrata funkcji genów supresorowych TP53 i RB1 jest związana z transdyferencjacją raka prostaty. Mechanizmy odpowiedzialne za tę zmianę nie były jednak w pełni poznane.

Zespół University of Michigan przeanalizował różne linie komórkowe raka prostaty, aby ustalić, które szlaki molekularne ulegają zmianom po utracie TP53 i RB1.

Prof. Joshi Alumkal, M.D., Professor of Internal Medicine-Hematology/Oncology i członek Rogel Cancer Center, zwrócił uwagę, że proces ten ma dwa zasadnicze elementy. Z jednej strony dochodzi do utraty ekspresji genów charakterystycznych dla fenotypu gruczołowego, a z drugiej – do aktywacji programów komórkowych sprzyjających zmianie tożsamości komórek, w tym nabywaniu cech komórek macierzystych.

Oznacza to, że skuteczne oddziaływanie na transdyferencjonowany nowotwór może wymagać jednoczesnego wpływania na więcej niż jeden mechanizm molekularny.

Dwa cele terapeutyczne: bromodomeny BET i metylotransferazy DNA

We wcześniejszych doświadczeniach zespół wykazał, że grupa związków określanych jako inhibitory bromodomen BET może blokować szlaki umożliwiające komórkom raka prostaty aktywowanie alternatywnych programów tożsamości komórkowej.

Sam ten mechanizm okazał się jednak niewystarczający. Chociaż inhibitory BET ograniczały progresję procesu nowotworowego, nie zapewniały trwałego zahamowania choroby.

W obecnym badaniu naukowcy ponownie potwierdzili, że inhibitory bromodomen BET mogą spowalniać wzrost badanych linii komórek raka prostaty, ale nie prowadzą skutecznie do ich eliminacji.

Badacze skierowali więc uwagę na drugą grupę leków – inhibitory metylotransferaz DNA (DNMT). Enzymy DNMT uczestniczą w regulowaniu ekspresji genów poprzez metylację DNA. Farmakologiczne zahamowanie ich aktywności może umożliwiać ponowne uruchomienie wyciszonych genów.

W kontekście raka prostaty szczególnie istotna była możliwość przywrócenia ekspresji części genów związanych z gruczołową tożsamością komórek, które zostają utracone podczas transdyferencjacji.

Niektóre inhibitory DNMT są już zatwierdzone przez U.S. Food and Drug Administration do stosowania w określonych chorobach, w tym nowotworach hematologicznych. Nie oznacza to jednak, że opisywana kombinacja została zatwierdzona do leczenia raka prostaty.

Połączenie inhibitorów BET i DNMT silniej ograniczało wzrost nowotworu

Najważniejszym elementem doświadczenia było jednoczesne zastosowanie inhibitorów bromodomen BET oraz inhibitorów DNMT.

Naukowcy stwierdzili, że skojarzenie obu rodzajów inhibitorów skuteczniej hamowało wzrost badanych linii komórkowych raka prostaty niż zastosowanie każdego z leków osobno.

Podobny efekt zaobserwowano również w przypadku guzów wszczepionych myszom. Tym samym działanie kombinacji nie ograniczało się wyłącznie do hodowli komórkowych.

Według dr. Willa Storcka, Research Lab Specialist w laboratorium prof. Alumkala, jednoczesne zastosowanie obu leków odwracało znaczną część zmian ekspresji genów obserwowanych w guzach. Badacze uznali ten rezultat za zachęcający, ponieważ wskazuje on, że terapia może oddziaływać nie tylko na tempo proliferacji komórek, lecz również na program molekularny związany ze zmianą ich tożsamości.

W modelu zwierzęcym zaobserwowano ponadto istotne ograniczenie wzrostu guzów nawet przy zastosowaniu dawek znacznie niższych od rekomendowanych dawek badanych leków. Według autorów kombinacja była również dobrze tolerowana przez myszy.

Wyniki te mają jednak charakter przedkliniczny. Badanie obejmowało linie komórek raka prostaty i modele zwierzęce, a nie pacjentów. Nie można zatem na jego podstawie określić skuteczności klinicznej, optymalnego dawkowania ani profilu bezpieczeństwa takiego skojarzenia u ludzi.

W praktyce klinicznej potrzebne będą badania z udziałem pacjentów

Jednym z kolejnych celów zespołu jest ustalenie, które konkretnie geny odpowiadają za obserwowane działanie przeciwnowotworowe połączenia inhibitorów BET i DNMT.

Badacze chcą również zidentyfikować potencjalne biomarkery, dzięki którym możliwe byłoby wskazanie pacjentów najbardziej prawdopodobnie odnoszących korzyść z tej strategii.

Istotne pytanie dotyczy również momentu rozpoczęcia leczenia. Naukowcy chcą sprawdzić, czy transdyferencjację można zahamować jeszcze przed pełnym rozwinięciem tego procesu. Taka strategia oznaczałaby próbę niedopuszczenia do powstania populacji komórek nowotworowych o odmiennej tożsamości, zdolnych do unikania dotychczasowego leczenia.

Prof. Alumkal podkreślił, że zapobieganie pojawieniu się transdyferencjacji może mieć zasadnicze znaczenie dla rokowania pacjentów. Jednocześnie konieczne byłoby odróżnienie chorych, których guzy prawdopodobnie nigdy nie przejdą takiej transformacji, od pacjentów, u których ryzyko tego procesu jest znaczne.

Taka stratyfikacja mogłaby w przyszłości umożliwić wcześniejsze zastosowanie leczenia u odpowiednio wybranej populacji chorych, przy jednoczesnym unikaniu niepotrzebnej terapii u osób, których nowotwór nie wykazuje biologicznych przesłanek do transdyferencjacji.

Autorzy planują dalsze prace zmierzające do przygotowania badań klinicznych oceniających, czy kombinacja inhibitorów BET i DNMT może być skuteczna u pacjentów z transdyferencjonowanym rakiem prostaty.

Potencjalne znaczenie wykracza poza raka prostaty

Mechanizmy zmiany tożsamości komórkowej nie są charakterystyczne wyłącznie dla raka prostaty. Badacze wskazują, że transdyferencjacja może odgrywać rolę również w innych nowotworach, w tym w raku płuca i raku trzustki.

Z tego względu jednoczesne oddziaływanie na programy odpowiedzialne za utrzymywanie alternatywnej tożsamości komórek nowotworowych oraz na mechanizmy epigenetyczne regulujące ekspresję genów może w przyszłości zostać ocenione także w innych typach nowotworów.

Na obecnym etapie pozostaje to jednak hipotezą wymagającą dalszych badań eksperymentalnych i klinicznych.

Autorzy i ośrodek badawczy

Badaniami kierował zespół związany z University of Michigan i Rogel Cancer Center. Wśród autorów i badaczy wymieniono m.in. Joshi Alumkala, Willa Storcka, Dianę Flores, Anbarasu Kumaraswamy’ego, Zhi Duana, Shrabastee Chakraborty, Chao Zhanga, Evę Rodansky, Dhruva Khokhaniego, Olivię A. Swaim, Karana Bediego, Marcina Cieślika, Rahula Mannana, Arula Chinnaiyana, Aarona Udagera, Petera S. Nelsona, Colma Morrisseya, Michaela C. Haffnera, Leigh Ellis, Yuzhuo Wanga oraz Joela A. Yatesa.

W pracach wykorzystano również zaplecze badawcze University of Michigan, w tym Epigenomics Core, Advanced Genomics Core, Bioinformatics Core i Flow Cytometry Core.

Finansowanie i konflikty interesów

Badanie uzyskało wsparcie m.in. National Cancer Institute, Michigan Prostate SPORE, University of Michigan Rogel Cancer Center, Prostate Cancer Foundation, Department of Defense, National Institute of General Medical Sciences, National Institutes of Health oraz innych fundacji i programów wspierających badania nad nowotworami.

Autorzy ujawnili również potencjalne konflikty interesów. Joshi Alumkal otrzymywał wynagrodzenie za konsultacje od Fortis Therapeutics i ORIC Pharmaceuticals, a jego instytucja otrzymywała wsparcie badawcze m.in. od Beactica i Zenith Epigenetics oraz w ramach programu National Comprehensive Cancer Network/Astellas Pharma Global Development Inc./Pfizer Inc. Michael C. Haffner pełnił funkcje konsultacyjne lub otrzymywał honoraria od Pfizer, K36, Genentech i AstraZeneca, a także finansowanie badań m.in. od Merck, Novartis, Genentech, Promicell, XYone Therapeutics i Bristol Myers Squibb. Peter S. Nelson był płatnym doradcą Genentech, AstraZeneca i Vesto Therapeutics oraz otrzymywał wsparcie badawcze od Janssen w związku z pracami niezwiązanymi z opisywanym badaniem.

Źródło: JCI Insight, „Combined BET bromodomain and DNMT inhibition targets critical survival pathways in transdifferentiated prostate cancer”
DOI: https://doi.org/10.1172/jci.insight.207543