En los últimos años, se ha desarrollado un poderoso conjunto de medicamentos conocidos como inhibidores de quinasa para tratar el cáncer y otras enfermedades. Los objetivos principales de dichos medicamentos incluyen una familia de receptores de tirosina quinasas RTK que sobresalen de las superficies celulares como antenas y pueden activarvías relacionadas con el cáncer en prácticamente todos los tipos de cáncer cuando las moléculas de señalización se unen a ellas.
En un nuevo estudio, los investigadores del Instituto Biodesign de la Universidad Estatal de Arizona utilizaron un método innovador para analizar una amplia gama de quinasas para determinar la eficacia de un fármaco. El compuesto, conocido como ibrutinib, un inhibidor de la tirosina quinasa de Bruton BTK en sangre blancacélulas, fue aprobado por primera vez por la FDA en 2013 para el tratamiento de la leucemia.
Usando una sofisticada plataforma de microarrays inventada por el Dr. Joshua LaBaer, la nueva investigación demuestra que ibrutinib también puede apuntar a un miembro poco estudiado de la familia RTK, conocido como ERBB4, potencialmente frustrando la secuencia de eventos que conducen a la progresión y crecimiento de otrostumores sólidos. LaBaer es director del Biodesign Institute y del Virginia G. Piper Center for Personalized Diagnostics.
Los resultados muestran que ibrutinib actúa como un potente inhibidor de la quinasa para ERBB4, limita el crecimiento de las células cancerosas humanas en el laboratorio y reduce el tamaño del tumor en ratones. La sensibilidad de ERBB4 al ibrutinib es similar a la de BTK, el objetivo original deldroga.
El estudio presenta un método de cribado novedoso para buscar nuevos objetivos de fármacos como los inhibidores de la cinasa y demuestra la utilidad terapéutica potencial de un fármaco existente para apuntar selectivamente a ERBB4, además de su objetivo original BTK. La desregulación de BTK está asociadacon proliferación incontrolada de células B que conduce a leucemia, linfoma y otras enfermedades.
"Estamos particularmente entusiasmados porque demuestra que las proteínas en estas matrices son funcionalmente activas de una manera que refleja su actividad natural y nos permite detectar sus respuestas a medicamentos selectivos", dijo LaBaer. "Esto ahora proporciona una herramienta quenos permitiría buscar respondedores fuera del objetivo a los medicamentos o determinar cómo las mutaciones adquiridas específicas podrían afectar la respuesta a los medicamentos ".
Los resultados de la investigación aparecen en la edición avanzada en línea de la revista oncogén .
Un nuevo tipo de detección de drogas
Para explorar el comportamiento sutil de ERBB4, los investigadores utilizan una tecnología conocida como micromatriz de proteínas, que es una superficie microscópica que muestra muchas proteínas diferentes, cada una en puntos individuales. Por lo tanto, se pueden examinar una gran cantidad de proteínas simultáneamente. Con este método, los investigadores exploran las interacciones de las proteínas con otras proteínas, sus actividades de unión con ácidos nucleicos como el ADN y el ARN o con factores que se encuentran en la sangre, incluida una amplia gama de patógenos.
De manera convencional, imprimir proteínas en portaobjetos ha sido un proceso ineficiente y laborioso, porque las proteínas son estructuras tridimensionales delicadas, que deben plegarse de la manera correcta para ser funcionales. Sin embargo, las proteínas en matrices de proteínas convencionales sonnormalmente se producen en sistemas no humanos, y se requieren pasos elaborados de purificación de proteínas, lo que dificulta mantener las proteínas estables a lo largo del tiempo.
En el estudio actual, se aplica una tecnología revolucionaria conocida como NAPPA para matriz de proteínas programables de ácidos nucleicos. En lugar de imprimir las proteínas purificadas en el portaobjetos de microarrays, NAPPA primero imprime ADN circular conocido como plásmidos que contienen códigos genéticos para proteínas deinteresan y luego sintetiza las proteínas diana justo a tiempo en el lugar agregando extracto de células humanas para un plegamiento de proteínas más natural. Por lo tanto, la matriz NAPPA puede proporcionar un sistema altamente funcional y eficiente para la expresión y detección de proteínas.
"Puede expresar proteína funcional en una hora y media. Eso es lo bueno de esto", dice la Dra. Femina Rauf, autora principal del nuevo estudio. "Estamos utilizando el sistema de lisado humano para expresar las proteínas,por lo que esperamos ver proteínas funcionales bien plegadas. Estamos especialmente entusiasmados porque las RTK son proteínas de membrana, que normalmente son difíciles de expresar, pero todavía están activas aquí ".
Vías celulares del cáncer
Los medicamentos para combatir el cáncer, como los inhibidores de cinasa, tardan décadas en desarrollarse a un costo financiero enorme, lo que hace que la perspectiva de reutilizar los medicamentos existentes mediante la búsqueda de nuevos objetivos de interés sea particularmente atractiva.
Se cree que las mutaciones en RTK son una fuerza impulsora en el desarrollo del cáncer. Un grupo de cuatro receptores importantes, EGFR, ERBB2, ERBB3 y ERBB4, conocidos como la familia de tirosina quinasas del receptor ErbB, se activan mediante moléculas de señalización conocidas como factores de crecimiento epitelial. Estas moléculas especializadas juegan un papel crítico en el desarrollo y maduración de una célula.
Los pacientes cuyos tumores contienen mutaciones del receptor ERBB a menudo muestran una progresión del cáncer más agresiva y sufren peores resultados clínicos. Por esta razón, los receptores de tirosina quinasa son de gran interés en la comunidad médica como candidatos para fármacos dirigidos a una variedad de tipos de cáncer.
Si bien EGFR y ERBB2 ya se están explotando como importantes dianas terapéuticas y, junto con ERBB3, han recibido un escrutinio intensivo, se sabe poco sobre el cuarto miembro de la familia RTK: ERBB4. Este receptor es de creciente interés, ya queLas mutaciones en ERBB4 se han relacionado en estudios recientes con el melanoma y el cáncer de pulmón, y se ha observado una expresión alterada de ERBB4 en el cáncer de mama, neuroblastoma, cáncer de colon y cáncer de pulmón de células no pequeñas.
Además, ERBB4 puede desempeñar un papel en otras enfermedades, incluida la esclerosis lateral amiotrófica, así como en trastornos del neurodesarrollo como el autismo y la esquizofrenia.
"Nadie ha realizado un estudio sistemático de medicamentos para ERBB4. Los investigadores tienden a concentrarse en EGFR y ERBB2 porque son objetivos atractivos en el campo del cáncer", dice Rauf. "Informes recientes han encontrado muchas mutaciones en ERBB4, especialmente en pulmonescáncer y melanoma, lo que sugiere que este receptor puede desempeñar un papel importante en la oncogénesis o el desarrollo del cáncer ", dice ella.
ERBB4, al igual que sus compañeros miembros de la familia de receptores de quinasa, es una proteína de membrana, con su componente receptor que sobresale de la superficie celular para atrapar moléculas de señalización en el entorno extracelular, mientras que la porción intracelular de ERBB4 también contiene un segmento llamado dominio de quinasacomo residuos de tirosina, un aminoácido.
Cuando las moléculas de señalización se unen con el receptor ERBB4 extracelular, su dominio quinasa dentro de la célula agrega fosfatos a los residuos de tirosina, lo que desencadena una reacción en cadena de eventos de señalización. El proceso se conoce como fosforilación de proteínas y juega un papel crucial en innumerables eventos celulares que incluyenprogresión y proliferación del cáncer, y este estudio descubrió que ibrutinib puede bloquear este proceso al inhibir la función quinasa de ERBB4.
pistas de cáncer
El estudio inmovilizó 108 proteína quinasas diferentes y 30 no quinasas en el portaobjetos de NAPPA, incluidas ERBB4 y otras RTK. Cuando la matriz se expuso a ibrutinib, el fármaco se unió estrechamente a dos proteínas específicas. La primera es BTK, la proteína de uniónel fármaco se diseñó originalmente para apuntar. Sorprendentemente, ibrutinib también se unió a ERBB4, con afinidad similar.
Se utilizaron un par de pruebas in vitro para confirmar la actividad de ibrutinib en ERBB4. Los resultados del estudio demuestran, por primera vez, el poder de NAPPA como plataforma imparcial de detección de fármacos. Habiendo establecido ibrutinib como fármaco candidato para atacar ERBB4,el siguiente paso fue probarlo en entornos biológicos reales, primero en líneas celulares que sobreexpresan ERBB4 y finalmente en ratones.
En varias líneas celulares, ibrutinib bloqueó la proliferación. Sin embargo, otras células mostraron resistencia al fármaco. Al realizar la secuenciación del ARN, el grupo descubrió patrones de expresión génica asociados con la resistencia.
Los resultados mostraron que las células que expresan niveles altos de WNT5A, un activador de la vía Wnt, y niveles bajos de DKK1, un inhibidor de la vía Wnt, eran resistentes al fármaco inhibidor de la quinasa. En contraste, la expresión baja de WNT5A y alta de DKK1Los niveles se asociaron con la sensibilidad celular al ibrutinib y la reducción del crecimiento celular, cuando se exponen al fármaco. Estos resultados están en línea con estudios recientes a gran escala, que proporcionan pistas tentadoras de que una función de WNT5A, un oncogén conocido, es conferir resistencia aCiertas drogas.
Cuando se transfirieron a ratones células sensibles a ibrutinib que expresan altos niveles de ERBB4, se demostró que ibrutinib reduce el tamaño de los tumores, lo que demuestra un gran potencial del fármaco en el tratamiento de cánceres relacionados con ERBB4.
Los hallazgos son particularmente valiosos, ya que se están realizando varios ensayos clínicos en curso que utilizan ibrutinib para tratar tumores sólidos. Se ha observado una sobreexpresión de ERBB4 en varias enfermedades, como el cáncer de mama triple negativo y el cáncer de ovario. El descubrimiento de unLa firma de resistencia a ibrutinib ayudará a los médicos a interpretar los resultados de su tratamiento y evaluar cuándo es más probable que tenga éxito el ibrutinib. El uso de ibrutinib, quizás junto con otros fármacos dirigidos a las vías de resistencia celular, puede allanar el camino para un nuevo arsenal de tratamientos contra el cáncer.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Arizona . Original escrito por Richard Harth. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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