Czy HCQ może być obiecującym lekiem przeciwnowotworowym?
Badanie przeprowadzone w formie systematycznej analizy eksperymentalnej wykazało, że hydroksychlorochina (HCQ) i chlorochina (CQ) – leki immunomodulacyjne stosowane dotychczas w leczeniu chorób reumatycznych i malarii – posiadają potencjał w terapii przeciwnowotworowej poprzez selektywną stabilizację struktur G-quadruplexowych (G4) w DNA, szczególnie w regionie promotorowym onkogenu c-myc.
Struktury G4 są tworzone przez sekwencje DNA bogate w guaninę w obecności jednowartościowych kationów. Badacze wykazali, że HCQ wykazuje wysokie powinowactwo do struktur G4 występujących w regionach promotorowych kilku onkogenów, ze szczególnym preferencyjnym wiązaniem do G4 w promotorze c-myc, co prowadzi do znaczącej stabilizacji tej struktury (wzrost temperatury topnienia o około 17°C). W przeciwieństwie do HCQ i CQ, ich analogi strukturalne (Qn i 7CQ) wykazywały znacznie słabsze powinowactwo do struktur G4, co wskazuje na kluczową rolę naładowanego łańcucha bocznego oraz grupy hydroksylowej HCQ w tych interakcjach.
Jak HCQ moduluje ekspresję onkogenu c-myc?
Eksperymenty komórkowe z wykorzystaniem przeciwciała BG4 specyficznego dla G4 potwierdziły, że HCQ stabilizuje struktury G4 w DNA, ale nie w RNA, w komórkach nowotworowych. Analizy ChIP-qPCR wykazały znaczące wzbogacenie sygnału BG4 w regionie promotora c-myc po ekspozycji na HCQ, podczas gdy regiony promotorowe innych genów, jak KRAS, pozostały relatywnie niezmienione. Co istotne, leczenie HCQ zmniejszyło wiązanie czynnika transkrypcyjnego SP1 do promotora c-myc, co sugeruje mechanizm prowadzący do zahamowania transkrypcji.
Badania ekspresji genów wykazały, że HCQ powoduje zależne od dawki obniżenie poziomu mRNA i białka c-myc w komórkach raka piersi MDA-MB-231. Efekt ten był znacznie silniejszy dla c-myc niż dla innych onkogenów zawierających struktury G4 (KRAS, c-kit, bcl2, VEGF). Obserwacje te były spójne w różnych liniach komórkowych nowotworowych, w tym w komórkach raka szyjki macicy (HeLa), co sugeruje uniwersalność mechanizmu działania HCQ. Warto zauważyć, że HCQ wpływał również na ekspresję genu HK2, który jest regulowany przez c-myc, ale sam nie zawiera struktur G4, co sugeruje, że niektóre efekty HCQ mogą wynikać pośrednio z obniżenia ekspresji c-myc.
Jak wpływa HCQ na migrację, inwazję i żywotność komórek nowotworowych?
Funkcjonalne testy wykazały, że HCQ znacząco ogranicza migrację i inwazję komórek raka piersi oraz zmniejsza ich żywotność. Co szczególnie istotne, kombinacja HCQ z doksorubicyną (DOX) wykazała silniejsze działanie przeciwnowotworowe niż każdy z leków stosowany osobno, sugerując potencjalne zastosowanie HCQ jako terapii uzupełniającej standardowe leczenie chemioterapeutyczne. Badania wykazały, że HCQ nie wpływa na wchłanianie DOX przez komórki nowotworowe, co sugeruje, że obserwowany efekt synergistyczny wynika głównie z oddziaływań farmakodynamicznych.
Badania in vivo na mysim modelu potrójnie negatywnego raka piersi (TNBC) z wykorzystaniem komórek 4T1 potwierdziły obserwacje komórkowe. Wyższa dawka HCQ (50 mg/kg) znacząco zmniejszyła rozmiar i masę guza, co korelowało z obniżeniem poziomu białka c-myc w tkance nowotworowej. Niższa dawka HCQ (10 mg/kg) w monoterapii nie wykazała istotnego efektu przeciwnowotworowego, jednak w kombinacji z DOX znacząco zwiększała skuteczność chemioterapii, prowadząc do wyraźnej redukcji parametrów guza w porównaniu do monoterapii DOX.
Jakie są molekularne podstawy interakcji HCQ z strukturami G4?
Mechanizm molekularny wiązania HCQ do G4 zbadano za pomocą spektroskopii 1H-NMR oraz symulacji dynamiki molekularnej (MD). Badania NMR wykazały, że dodanie HCQ do c-myc G4 powoduje zaburzenie szybkiej wymiany chemicznej protonów, co prowadzi do pojawienia się nowych zestawów pików, wskazujących na tworzenie kompleksu HCQ-c-myc G4. Najbardziej znaczące zaburzenia w przesunięciu chemicznym zaobserwowano dla G7, G11 i G16, które tworzą koniec 5′ c-myc G4, podczas gdy interakcje były mniej widoczne na końcu 3′ i w centralnej tetradzie G4.
Symulacje MD wykazały, że HCQ preferuje stackingowe oddziaływania z pętlami i tetradami G4, przy czym wykazuje większe powinowactwo do regionów pętli niż tetrad, w przeciwieństwie do 7CQ, który oddziałuje równomiernie z oboma regionami. Kluczową różnicą jest silniejsze oddziaływanie naładowanego łańcucha bocznego HCQ ze szkieletem fosforanowym DNA w porównaniu do 7CQ. Analiza funkcji radialnej dystrybucji (RDF) i zrzuty ekranu z symulacji wskazują, że silne wiązanie naładowanej grupy bocznej HCQ ze szkieletem fosforanowym współdziała ze stackingiem jego grupy chinolinowej z tetradami i pętlami G4, co prawdopodobnie jest przyczyną silniejszego wiązania HCQ z G4 w porównaniu do 7CQ.
Analiza zależnej od czasu zmiany odległości HCQ i 7CQ od guaniny tetrady i tyminy pętli G4 wskazuje, że wiązanie HCQ jest stabilne, podczas gdy 7CQ wykazuje większy stopień fluktuacji, co sugeruje, że interakcja HCQ z tetradą i pętlą G4 jest bardziej stabilna niż w przypadku 7CQ. Energia oddziaływania cząsteczek leku z G4 pokazuje, że powinowactwo interakcji HCQ z G4 jest znacznie wyższe niż 7CQ, co jest zgodne z danymi wiązania. Widoczne jest również, że dodatnio naładowany HCQ oddziałuje z G4 głównie poprzez oddziaływania elektrostatyczne, podczas gdy udział oddziaływań Lennarda-Jonesa (LJ) jest wyższy dla neutralnego 7CQ.
- HCQ znacząco zmniejsza rozmiar i masę guzów w modelu mysim raka piersi
- Terapia kombinowana HCQ z doksorubicyną wykazuje silniejsze działanie niż monoterapia
- Efektywne stężenia HCQ (50-100 μM) są osiągalne przy dawkach tolerowanych u ludzi (do 1200 mg/dzień)
- Możliwość repozycjonowania zatwierdzonego przez FDA leku jako środka przeciwnowotworowego
Czy repozycjonowanie HCQ otwiera nowe perspektywy terapeutyczne?
Badanie to stanowi istotny krok w kierunku repozycjonowania zatwierdzonych przez FDA leków jako potencjalnych środków przeciwnowotworowych. HCQ, poprzez selektywną stabilizację G4 i hamowanie ekspresji c-myc, może stanowić obiecującą strategię terapeutyczną w leczeniu nowotworów, szczególnie agresywnego raka piersi, zarówno jako monoterapia, jak i w kombinacji ze standardowymi chemioterapeutykami.
Wcześniejsze badania sugerowały różne mechanizmy działania przeciwnowotworowego HCQ i CQ, w tym hamowanie funkcji immunologicznych, inhibicję autofagii i indukcję śmierci komórek nowotworowych. Niektóre doniesienia wskazywały, że HCQ może potencjalnie zmniejszać skuteczność blokady immunologicznej punktów kontrolnych anty-PD1 w immunoterapii nowotworów. Ponadto, sugerowano, że CQ może regulować białko p53 i aktywować zależną od p53 transkrypcję genów proapoptotycznych, choć niektóre badania wskazują, że przeciwnowotworowe działanie CQ może zachodzić niezależnie od szlaku p53.
W przeciwieństwie do tych różnorodnych doniesień, obecne badanie podkreśla odrębny mechanizm działania, demonstrując, że leki oparte na chinolinie, szczególnie HCQ, specyficznie rozpoznają i stabilizują G4 c-myc, prowadząc do downregulacji mRNA i poziomu białka c-myc. Ta downregulacja koreluje ze znaczącą redukcją wzrostu guza. Co ważne, badanie pokazuje również, że leki te zwiększają skuteczność frontowych leków chemioterapeutycznych, zapewniając nowe podejście terapeutyczne w leczeniu raka piersi.
Jakie są kliniczne implikacje i strategie dostarczania HCQ?
Kluczowe znaczenie ma fakt, że stężenia HCQ efektywne w badaniach komórkowych (50-100 μM) są potencjalnie osiągalne klinicznie, a dawki stosowane w modelu zwierzęcym są porównywalne z dobrze tolerowanymi dawkami stosowanymi u ludzi (do 1200 mg/dziennie, co odpowiada około 49 mg/kg po normalizacji do powierzchni ciała). Sugeruje to, że HCQ mogłaby zostać włączona do protokołów terapeutycznych po dalszych badaniach klinicznych, potencjalnie umożliwiając zmniejszenie dawek cytotoksycznych chemioterapeutyków i ograniczenie skutków ubocznych leczenia.
Autorzy badania podkreślają również, że potencjalne włączenie dostarczania leków za pomocą liposomów mogłoby dodatkowo zwiększyć stężenie HCQ w mikrośrodowisku guza, poprawiając skuteczność terapeutyczną przy jednoczesnym zminimalizowaniu ekspozycji ogólnoustrojowej. To podejście mogłoby zostać dalej rozwinięte w przyszłych badaniach w celu zwiększenia lokalnej akumulacji HCQ w mikrośrodowisku guza i powinno być brane pod uwagę przy opracowywaniu bardziej skutecznych i ukierunkowanych strategii terapeutycznych.
Podsumowanie
Hydroksychlorochina (HCQ), lek dotychczas stosowany w leczeniu chorób reumatycznych i malarii, wykazuje obiecujący potencjał przeciwnowotworowy poprzez nowy mechanizm działania. Badania eksperymentalne ujawniły, że HCQ selektywnie stabilizuje struktury G-quadruplexowe w DNA, szczególnie w regionie promotorowym onkogenu c-myc, podnosząc temperaturę topnienia tej struktury o około 17°C. To wiązanie prowadzi do zmniejszenia ekspresji c-myc na poziomie mRNA i białka, co z kolei hamuje migrację, inwazję i żywotność komórek nowotworowych. Mechanizm molekularny opiera się na oddziaływaniach elektrostatycznych naładowanego łańcucha bocznego HCQ ze szkieletem fosforanowym DNA oraz stackingu grupy chinolinowej z tetradami i pętlami G4. Badania na modelach komórkowych raka piersi i mysim modelu potrójnie negatywnego raka piersi potwierdziły skuteczność HCQ, wykazując znaczącą redukcję rozmiaru i masy guzów. Szczególnie obiecujące są wyniki terapii kombinowanej HCQ z doksorubicyną, która wykazała silniejsze działanie niż monoterapia. Stężenia HCQ efektywne w badaniach są klinicznie osiągalne przy dawkach dobrze tolerowanych u ludzi, co otwiera perspektywę repozycjonowania tego zatwierdzonego przez FDA leku jako potencjalnego środka przeciwnowotworowego, zarówno w monoterapii, jak i jako uzupełnienie standardowej chemioterapii.
