Forskare vid Harvard Medical School och Dana-Farber Cancer Institute har utvecklat en metod som utnyttjar den mångsidiga naturen hos en kemisk hämmare för att lokalisera sårbarheter i cancerceller.
När signalvägar inom celler utlöses, proteiner aktiveras genom en kedjereaktion, som en rad av tumlande dominobrickor, tills det slutliga proteinet påverkar någon cellulär funktion. I vissa tumörer, flera signalvägar driver celltillväxt och överlevnad. Denna redundans innebär att om en väg upphör med aktivitet, en annan kunde fortsätta köra cancerbeteende. Således, läkemedel med förmågan att stänga av flera vägar samtidigt kan vara fördelaktigt.
Många cancerläkemedel, inklusive några kliniskt godkända kinashämmare, var ursprungligen utformade för att blockera funktionen hos specifika molekyler men det är nu känt att deras fördelar kanske inte alltid härrör från hämningen av enstaka mål.
"Många av dessa kovalenta hämmare är faktiskt i viss mån polyfarmakologiska i sin verkan och de kan rikta in sig på flera saker, sa Nathanael Gray, en professor i biologisk kemi och molekylär farmakologi vid Harvard Medical School och Dana Farber Cancer Institute i Boston, Massachusetts. "De annonseras som arbetar genom ett mål, men folk på fältet vet att flera andra mål bidrar."
I en studie publicerad i Journal of Biological Chemistry , ett team forskare ledda av Gray identifierade nyckelmolekyler som stödjer överlevnaden av en specifik typ av lungcancerceller. Genom att analysera dessa cellers svar på en cancerdödande kinashämmare med många mål, de kunde visa att anticancereffekterna troligen framkallades av samtidig hämning av specifika molekyler i två signalvägar. Denna metod för upptäckt av läkemedelsmål kan vara användbar för att designa läkemedel som selektivt attackerar flera proteiner, vilket är fördelaktigt för att hantera vissa tumörer.
Även om kinashämmare träffar flera mål, de flesta var inte utformade för att göra det, vilket innebär att de kan binda till molekyler i onödan och leda till negativa effekter. Och eftersom det har varit oklart vilka kombinationer av mål som skulle ha de mest önskvärda effekterna, det har varit utmanande för forskare att målmedvetet utforma multiriktade läkemedel för cancer, Sa Gray.
För att möjliggöra bättre läkemedelsdesign, Gray försökte upptäcka vilken av de många knapparna som trycks in av dessa inhibitorer som möjliggör deras anticancereffekter. I en studie som ska publiceras senare i år, Gray och hans labb undersökte kinashämmaren SM1-71 och, använder en uppsättning kemiska proteomiska och cellulära tekniker, visade att det faktiskt binder till dussintals kinaser, av vilka några är involverade i kritiska signalvägar som stödjer cellöverlevnad och tillväxt.
"Det var ungefär som en dynamitstav och kunde verkligen träffa många olika mål, " sa Gray.
I studien publicerad i JBC, forskarna exponerade olika typer av cancerceller för SM1-71 och fann att läkemedlet var mycket giftigt för en specifik linje av lungcancerceller med muterat KRAS-protein, vilket är vanligt i vissa tumörer och leder till konstant aktivering av signalvägar som driver celltillväxt. Hämmarens förmåga att döda dessa celler trots denna mutation antydde att mål i flera vägar träffades, Sa Gray.
För att ta reda på vilka hämmande interaktioner som hindrade canceraktivitet, forskarna identifierade först vilka kinaser i deras tidigare genererade lista över SM1-71-mål som var kända för att vara viktiga signalproteiner för celltillväxt och överlevnad. De minskade sedan dessa kandidater med Western blotting, som visade om något av dessa proteiner från cancercellerna faktiskt hämmades, och såg att proteiner i två kritiska vägar verkligen blockerades.
Författarna använde sedan olika kinashämmare som används i forskning och klinik för att se om specifikt hämning av någon kombination av dessa proteiner skulle replikera effekterna som SM1-71 hade på cancercellerna. I slutet, hämmande av MEK1/2- och IGF1R/INSR-proteiner samtidigt visade liknande effekter, antyder att dessa är avgörande mål i denna lungcancerlinje, Sa Gray.
SM1-71 i sig skulle sannolikt inte vara livskraftig hos människor eftersom den binder till för många proteiner och kan leda till sidoskador, Sa Gray. Men att avslöja dess viktigaste mål inom specifika vägar kan hjälpa utformningen av framtida läkemedel som kan stänga av flera signalvägar i tumörer.
"Nästa steg skulle vara att försöka bevara effektivitetsdrivande mål samtidigt som man blir av med mål som kan bidra till toxikologin, " sa Gray.
