Rakovinové kmeňové bunky (CSCs), významné lieky a zlúčeniny

Matúš Hlaváč, 12.11.2013

Cord Naujokat and Stefan LauferInstitute of Immunology, University of Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 305, 69120 Heidelberg,

Germany Center and Network for Targeted Oncology, Muehlackerweg 8, 69239 Heidelberg, Germany

Department of Pharmaceutical/Medical Chemistry, Eberhard-Karls-University Tuebingen, Auf der Mergenstelle 8 , 72076 Tuebingen, Germany,

Journal of Cancer Research Updates ,2, 2013 , 36-67

• Mechanizmus prežitia a rezistencie CSCs na terapiu

• Rezistencia CSCs na cielenú liečbu novými liekmi

• Salinomycín

• 3-O-Methylfunicone

• Pathenolide

• Cyclopamine

• CSC je typ nadorovej bunky, ktorá je schopná proliferovat a meniť sa na akýkoľvek typ nadorovej bunky v danom nádore.

• Tumor, ako proliferačné tkanivo, môže byť hierarchicky organizovaný a množený špecializovanými kmeňovými bunkami

• CSCs majú schopnosť sebaobnovy a znovuvytvárať generácie buniek rastúceho tumoru

CSCs vlastnia niekoľko vnútorných mechanizmov rezistencie na bežnú chemoterapiu a radiačnú terapiu:

• Expresia ATP-binding cassette (ABC) pumpy – ABCG2/BCRP a P-glykoprotein/MDR1

• Aktivácia signalizácie Wnt/β-katenínu• Aktivácie Hedgehog a Notch signálnej dráhy• Expresia a aktivácia Akt/PKB a ATR/CHK1 dráhy• Zvýšená aktivita aldehyd dehydrogenázy (ALDH1 ) ....

Tieto rezistencie umožňujú CSCs prežiť sučasné rakovinové terapie a vytvárať metastázy

Rezistenia CSCs na cielenú liečbu novými liekmi

• Imatinib bol vyvinutý ako inhibítor Bcr-Abl TK(Philadelphia chromozom)

• eliminuje proliferačné progenitorové bunky ale neeliminuje neproliferačné CML kmeňové bunky, ktoré zotrvali po terapii imatibinom

• Po prvej úspešnej terapii veľa pacientov s CML ostáva rezistentých na imatinib terapiu.

• Trastuzumab – monoklonálna protilátka zameraná proti HER2 receptoru

HER2 je člen epidermálneho rastového faktora receptorov TK, ktorý je prednostne exprimovaný v bunkach rakoviny prsníka a vaječníkov a aktivujú signálnu dráhu, ktorá podporuje proces tvorby nádoru -proliferaciu a vyhnutie sa apoptozy

Jeden mechanizmus rezistencie na trastuzumab mohol byť porucha trastuzumab zacieliť rakovinové CSCs

https://www.google.sk/search?q=trastuzumab&biw=1366&bih=638&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=NdqAUp3FGYaK5ATF0IDwCQ&sqi=2&ved=0CAcQ_AUoAQ#facrc=_&imgdii=_&imgrc=sQKEuQqeHyghDM%3A%3B08GJhySbjlDxjM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252F0%252F0a%252FHerceptinFab.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fen.wikipedia.org%252Fwiki%252FTrastuzumab%3B5600%3B3720

Sorafenib - mala molekula inhibítora niekoľkých tyrozín kináz, ktoré sa podielajú na tumorových proliferácií a angiogenézy, zahrnujuci Raf, VEGFR,PDGFR a FLT3

FMS-like tyrozin kináza 3 (FLT3) je overexpresovaná v rakovinových blastoch v skoro každých prípadoch AML.

Sorafenib je schopný zredukovat počet zrelých AML progenitorových buniek, ale nedokáže zredukovat AML kmeňove a niektoré progenitorové bunky, kvôli veľkej ochrane „ bone marrow stromal microenvironment “.

Zlúčeniny a lieky zamerané na CSCs• Niekoľko zlučenín a liekov, ktoré selektívne sa zameriavajú na

CSCs už boli objavené• Majú rastlinný a mikrobio. charakter• Sú zamerane na klúčove prvky signalnych drahach CSCs,• Protilátky zamerané proti molekulám na povrchu specifických

CSCs• niektoré klasické lieky ako metformin, tranilast a thioridazine

sa používajú už niekoľko rokov na liečbu metabolických, alergických a psychickych chorôb.

Salinomycín• Rastlinný charakter• monokarboxylové polyeterové antibiotikum, ktoré bolo izolované

z kultúr Actinobacterim Streptomyces albus• plní svoju úlohu v cytoplazmatickej a mitochondriálnej membráne

ako jednomocný kation ionoforu s vysokou selektívnosťou pre alkalické kovy

• dáva velkú prednosť pre K+, čím podporuje mitochondriálny a bunkový prietok K+ a inhibíciu mitochondriálnej oxidatívnej fosforylácie

https://www.google.sk/search?q=salinomycin&biw=1366&bih=638&noj=1&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=u9qAUtjLJI-L4gSi84H4BA&ved=0CAkQ_AUoAQ#facrc=_&imgrc=75Ir1Yg3Uqof2M%3A%3BS0toY7c1tU0gUM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252F7%252F73%252FSalinomycin.png%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253ASalinomycin.png%3B1734%3B1028

• antimikrobiálnu aktivitu proti Gram-pozitívnym bakteriam ( Bacillus subtillis, Staphylococcus aureus, Micrococcus flavus, Sarcina lurea a Mycobacterium spp.) a a niektorým hubám (Plasmodium falciparum a Eimeria spp) .

• Používa sa ako antikokcidiálny liek pre ošípané

• zvyšuje činnosť srdca, lavý ventrikulárny systolický tlak, srdcovú frekvenciu, arteriálny tlak, koronárnu arteriárnu vazodilácia, prietok krvi

• U ľudí sposobuje akútnu a chronickú salinomycínovú toxicitu s akútnou nevolnosťou, fotofóbiou, slabosťou končatín, tachykardiu a zvýšenie krvneho tlaku, zvýšenie chronickej k reatin kinázy,myogloburiniu,bolesť svalov

• (HMLER- shEcad) majú charakteristické vlastnosti CSCs a preukazuju vysokú a nízku expresiu CD44 a CD24 ,preukazovali rezistenciu na chemoterapeuticke lieky a cytostatika ako paclitaxel, doxorubicin, actinomycin D

• Z 32 moznych kandidatov, iba jedna zlucenina vyrazne a selektivne znizila zivotaschopnost HMLER-shEcad buniek rakoviny prsnika – salinomycin

• Liečenie HMLER buniek po dobu 7 dní salinomycinom a nasledné nainjektovanie buniek do myši vykazoval viac ako 100nasobne zmenšenú schopnosť tvorby tumorových buniek v porovnani s liečbou buniek paclitaxel-om.

• je schopný prekonať ABC-transporterovu liekovú rezistenciu a apoptotickú rezistencu v ľudských kmeňových bunkách akútnej myeloidnej leukémie (AML SCs)

• expresia ABC transporterov ako napríklad P-glykoprotein/MDR1 , ABCG2/BCRP a ABCC11/MRP8 v ľudských KG-1a AML SCs spôsobuje rezistenciu buniek na rôzne chemoterapeutické lieky ako napr. cytozín arabinoza,doxorubicin, gemcitabin,5-fluoruracil,topotecan, etoposide, bortezomid, ale nie na salinomycin

• salinomycin neumožňuje adaptáciu a vývoj rezistencie KG-1a AML SCs na apoptózu-indukujúcu koncentráciu salinomycinu , zatial čo sa bunky môžu ľahko adaptovat na prežitie a proliferáciu v prítomnosti apoptózy-indukujúcej koncentrácii doxorubicínu a bortezomibu

• V CD44+ CD 24- a ALDH1+ CSCs prsníka (izolovaných z ľudských bunkových línii MCF-7 rakoviny prsníka) salinomycín výrazne zredukoval tvorbu tumoru a ALDH1+ expresiu až 50-krát.

• Podobné výsledky boli získané v MCF-7 línii CSCs prsníka a HER2-exprimovaných buniek rakoviny prsníka, ktoré boli efektivnejšie vyhubené kombináciou salinomycinu a trastuzumab ako salinymicnu alebo trastuzumabu samotne.

• Zameriava sa CSCs rôznych typoch rakoviny, napr. rakovinu žalúdka, plúcny adenokarcinom,osteosarkom, kolorektálny karcinóm, squamocelárny karcinóm (SCC) a na rakovinu prostaty.

3-O-Methylfunicone• Je to sekundárny metabolit produkovaný hubou Penicillium pinophilum

a australskými morskými hubami• Toxická pyranová zlúčenina , ktorá inhibuje rast rôznych fytopatogénnych húb

a aktivitu cicavčích DNA polymeráz rodiny Y• OMF indukuje zastavenie bunkového cyklu a apoptózu v ľudskych melanomových

bunkách a v krčných rakovinových bunkách

• ovplyvňuje proliferáciu a pohyblivosť rakovinových buniek prsníka

• ovpl. inhibíciu survivinu a expresiu génu ľudskej telomerázovej reverznej transkiptázu (hTERT).

https://www.google.sk/search?q=3-O-methylfunicone&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=g9mAUu8j6YvgBLPzgbgE&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1366&bih=638#facrc=_&imgrc=mYhxc2g3hMUFCM%3A%3B6Jurp1JlGyULfM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252F1%252F1a%252F3-O-methylfunicone.png%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253A3-O-methylfunicone.png%3B282%3B245

• ukázal selektívne zredukovanie CSCs prsnika prítomných v ľudských rakovinových bunkových líniach MCF-7

• Na porovnanie s cisplatinom, OMF bol schopný eliminácie CSCs prsníka z MCF-7-tumorovej línii cez indukciu apoptózy, ktorá vyústila až v kompletnom zmiznutí CSCs prsníka.

Parthenolide• nukleofilny seskviterpénny lakton izolovaný z kvetov a listov

rastliny Tanacetum parthenium

• inhibuje aktivitu transkripčného faktora NF-kB priamou väzbou k IkB kináze

• parthenolide má dôležitú úlohu v protizápalových a protirakovinových aktivitách.

https://www.google.sk/search?q=parthenolide&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=Cr-AUuqgO4mk4gSatID4Aw&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1366&bih=638#facrc=_&imgrc=Z-h0rhzbwyHNvM%3A%3BmNYKSTGpujIYBM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252Fthumb%252F7%252F7e%252FParthenolide.svg%252F241px-Parthenolide.svg.png%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253AParthenolide.svg%3B241%3B199

• parthenolid indukuje apoptózu v ľudskych CD34+ CD38- AML SCs, ale nie v normálnych CD34+ krvotvorných kmeňových a progenitorových buniek

• Parthenolide-indukovaná apoptóza AML SCs buniek je spojená s inhibíciou NF-kB aktivity, proapoptickou aktiváciou tumoroveho supresorového proteinu p53

• Navyše k schopnosti inhibovat NF-kB, parthenolide sa ukázal v CSCs prostaty , že zameruje ne-receptorovu tyrozin kinázu src

• novy dimetylamino-parthenolid nazývany LC-1 bol nedávno vyvinutý a v súčasnej dobe je v prvej faze klinických testov na liečbu pacientov s AML

Cyclopamine

• Steroidný alkaloid (11-deoxojervine) izolovaný z Kalifornského zrna Veratrum californicum

• ma teratogenne a antitumorove vlasnosti vznikajúce z ich schopnosti inhibovať bunkovú odpoveď na vertebrate Hedgehog signalizáciu

• Viaže sa priamo na heptametrickú štruktúru smoothened (Smo) - transmembránovy receptor proximálnej Hedgehog sig. dráhy

https://www.google.sk/search?q=cyclopamine&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=zMGAUuCTO4Ku4ATNqYDQBg&sqi=2&ved=0CAcQ_AUoAQ&biw=1366&bih=638#facrc=_&imgdii=_&imgrc=0TJ3CLl9qZW30M%3A%3BR7Afu3NCSHJiOM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252Fe%252Fe6%252FCyclopamine.png%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253ACyclopamine.png%3B719%3B586

• expresia Hedgehog cieleného transkripčného faktora Gli 1 je výrazne znížená v ľudskych glioblastomovych CSCs v reakcii na liečbu cyklopaminom

• Hedgehod signálna dráha je esenciálna pre udržanie a sebaobnovu CSCs v mnohonásobnom myelome (MM) a v CML

• Pretože cyklopamin ma slabú afinitu na Smo a preukazuje slabú orálnu biodostupnosť a slabú metabolicku stabilitu, IPI-926- polosyntetický cyklopaminovy analog s lepším účinkom, orálnou biodostupnosťou bol navrhnutý a syntetizovaný

Syntéza N-(4-acetyl-2-bromfenyl)-2,2,2- trifluoracetamidu

OBr

HN

OF

FF

(TFA)2O

(CF3CO)2O, Et3N

CH2Cl2 , 0 °C - RT , 1 hNH2

Br

O

1.00 mol ekv 1.1 / 1.1

Mr: 215.6 Mr: 310.07

4

O

Br

NHO

FF

F

5 62 %

F

F

F

O

O

O

F

F

F

Ďakujem za pozornosť