Nuovi Peptidi Macrociclici Eliminano Selettivamente le Cellule di Cancro al Polmone Resistenti alla Chemioterapia

Il carcinoma polmonare a piccole cellule (SCLC) è definito da mutazioni loss-of-function quasi universali a carico di RB1 e TP53, che eliminano il checkpoint del ciclo cellulare G1-S e generano un'attività anormalmente elevata del fattore di trascrizione E2F. Sebbene E2F promuova la proliferazione cellulare a livelli normali, la sua iperattivazione innesca paradossalmente l'apoptosi — una vulnerabilità terapeutica che è risultata difficile da sfruttare farmacologicamente. Questo studio, pubblicato su Nature, descrive lo sviluppo di peptidi macrociclici di prima classe biodisponibili per via orale che bloccano le interazioni mediate dal motivo RxL tra le cicline A e B e i loro substrati, fornendo un meccanismo innovativo per uccidere selettivamente le cellule tumorali con iperattività di E2F.

Il gruppo di ricerca ha utilizzato modelli strutturali basati sulle strutture cristallografiche della ciclina A (PDB: 1URC e 1JSU) per progettare peptidi macrociclici che prendessero di mira la patch idrofobica conservata delle cicline A e B, responsabile del legame con i brevi motivi lineari RxL sulle proteine substrato. Attraverso un processo iterativo di chimica medicinale, il gruppo ha sviluppato il composto guida cyclin A/Bi, un macrociclo cell-permeable con assorbimento passivo. Saggi biochimici hanno confermato un'inibizione nell'ordine nanomolare sia delle interazioni RxL ciclina A–E2F1 sia ciclina B–MYT1, con una profilazione della selettività che ha confermato una minima inibizione off-target della ciclina D o delle chinasi CDK.

In screening di vitalità condotti su più di 50 linee cellulari tumorali, cyclin A/Bi ha ucciso selettivamente le linee SCLC e altre linee tumorali con elevata attività trascrizionale di E2F, mostrando al contempo una tossicità sostanzialmente inferiore verso le linee tumorali con RB1 intatto o bassa attività di E2F, e un effetto minimo sulle cellule epiteliali polmonari normali. Screen genetici CRISPR su scala genomica hanno identificato che l'apoptosi indotta da cyclin A/Bi richiedeva la ciclina B e CDK2 — ma non CDK1 — nonché componenti intatte dello spindle assembly checkpoint (SAC), tra cui BUB1B e MAD2L1. La perdita di questi geni SAC ha fortemente protetto le cellule dalla morte indotta da cyclin A/Bi, indicando nell'attivazione del SAC il meccanismo chiave di uccisione cellulare.

Dal punto di vista meccanicistico, cyclin A/Bi è risultato agire attraverso due effetti complementari di tipo gain-of-function. In primo luogo, bloccando la fosforilazione RxL-dipendente della ciclina A e la sua soppressione di E2F1, il composto ha iperattivato l'espressione dei geni target di E2F — inclusa la sovraregolazione della stessa ciclina B. In secondo luogo, bloccando l'interazione RxL della ciclina B con il suo regolatore negativo MYT1 (che normalmente mantiene inattivo il complesso ciclina B–CDK1 al checkpoint G2-M), la ciclina B libera si è accumulata e, in modo sorprendente, ha formato complessi neomorfi ciclina B–CDK2 non normalmente osservati a livelli fisiologici. È stato dimostrato, mediante analisi biochimica e proteomica, che questi complessi ectopici ciclina B–CDK2 guidano un'aberrante attivazione del SAC, una disregolazione dell'ingresso in mitosi e, infine, la morte cellulare apoptotica. È importante sottolineare che la formazione di questi complessi neomorfi era specifica delle cellule con livelli preesistenti elevati di ciclina B, determinati dall'alta attività di E2F, il che spiega la selettività tumorale.

In vivo, cyclin A/Bi somministrato per via orale ha dimostrato una significativa inibizione della crescita tumorale in diversi modelli di xenotrapianto derivato da paziente (PDX) di SCLC resistente alla chemioterapia, con regimi di dosaggio ben tollerati. Questi modelli PDX includevano tumori resistenti ai regimi standard a base di etoposide/platino, rappresentando lo scenario clinico dell'SCLC recidivante, per il quale non esiste attualmente alcuna terapia mirata efficace. I risultati stabiliscono una prova di principio per l'inibizione di RxL come strategia oncologica praticabile e identificano un'interazione sintetica letale tra la perdita del checkpoint G1-S e l'inibizione di RxL delle cicline A/B in diversi tipi di tumore oltre all'SCLC, incluse altre neoplasie con delezione di RB1 o perdita di CDKN2A.