Konference: 2005 XXIX. Brněnské onkologické dny a XIX. Konference pro sestry a laboranty
Kategorie: Nádorová biologie/imunologie/genetika a buněčná terapie
Téma: Pokroky v molekulární biologii nádorů
Číslo abstraktu: 052
Autoři: prof. RNDr. Alois Kozubík, CSc.; prof. RNDr. Jiřina Hofmanová, CSc.; Ing. Viktor Horváth, Ph.D.; RNDr. Lenka Švihálková-Šindlerová, Ph.D.; J. Turánek; PharmDr. Petr Sova, Ph.D.; J. Bágel’ová
Mechanismy působení platinových
cytostatik
V současné době je cisplatina (cis-diamminedichloroplatinum(II)), jedno z komerčně nejúspěšnějších cytostatik, používána v léčbě řady typů nádorů. Vzhledem k tomu, že replikace a transkripce DNA jsou procesy, které u intenzívně proliferujících nádorových buněk určují citlivost k cytostaticky působícím látkám obecně, předpokládalo se, že protinádorové vlastnosti cisplatiny by mohly být do značné míry odvozeny od její schopnosti vázat se na DNA. V tomto směru bylo skutečně soustředěno velké množství experimentálních údajů, ze kterých vyplývá, že za velký úspěch cytostatického působení cisplatiny (i reaktivity dalších platinových komplexů) na nádorové buňky by mohly být odpovědné jejich schopnosti vytvářet různé typy kovalentních aduktů s DNA. V důsledku tvorby těchto aduktů dochází k takovým změnám konformace (deformacím) DNA, které inhibují DNA a RNA polymerázami zprostředkovanou replikaci a transkripci a mohou vést i k buněčné smrti. Doposud však zůstává nejasné, které z těchto aduktů jsou nejdůležitější z hlediska protinádorové účinnosti. Z tohoto důvodu byl výzkum interakcí DNA s protinádorově účinnými látkami syntetizovanými na bázi kovů soustředěn na tuto oblast a tyto procesy jsou dále intenzívně studovány jak in vitro tak in vivo [1]. Výzkum se dotýká i problematiky excizní reparace, úlohy nádorově supresorových genů, „získané“ rezistence, apod., tedy otázek, které s poškozením DNA nějakým způsobem těsněji souvisí [2].
Stále zřetelněji se ukazuje, že existuje celá řada dalších cílových míst v buňce, která mohou být současně velmi důležitá v mechanismech působení platinových cytostatik a jejichž vztah k bezprostřednímu poškození DNA již není tak zřejmý. Bylo prokázáno, že cisplatina inhibuje růst nádorových buněk v koncentracích výrazně nižších než ty, které jsou potřebné k inhibici syntézy DNA. Později se ukázalo, že cisplatina může indukovat blok v G2/M fázi buněčného cyklu a programovanou buněčnou smrt způsobem poukazujícím na další mechanismy cytotoxicity této látky. Dále byly získány nové informace, které se vztahují většinou k různým aspektům buněčných signalizací. Jedná se o procesy související s buněčným dělením, jež jsou velmi komplexní povahy. Na tomto místě není proto možné zacházet do podrobností, ale pouze některé z nich naznačit: bylo např. zjištěno, že platinovaný tubulin není zabudováván do mikrotubulů, vznikají stabilní tubulinové agregáty neschopné zajistit separaci chromozómů v průběhu mitózy [3]. V současnosti se dále množí i důkazy pro to, že vedle uvedených efektů platinových preparátů existuje řada dalších možných mechanismů jejich působení, které mohou cytostatické účinky těchto látek modulovat a přitom vedle proteinů zahrnují i jiné typy látek, např. lipidové povahy (viz níže). Tento fakt nabývá na aktuálnosti v době, kdy dochází k pokroku ve vývoji nových platinových derivátů, které se mohou významně lišit nejen svými fyzikálně chemickými, ale také biologickými vlastnostmi. Důvody zvýšeného zájmu o syntézu nových platinových preparátů lze stručně shrnout takto. Jedním z nejzávažnějších problémů při použití cisplatiny v lékařské praxi je častý výskyt získané rezistence a její vysoká nefro-, neuro- a obecně cytotoxicita. Cytostatika odvozená od cisplatiny procházejí proto vývojem, který má za cíl najít látky účinné u nádorů, pro jejichž léčbu je cisplatina nevhodná, tj. takové, které uvedené nedostatky odstraňují. Hlavním principem je záměna ligandů vázaných na základní atom platiny.
Vlastní výsledky a možnosti modulace účinků platinových cytostatik ovlivněním fosfolipidového metabolismu
Jedním z nových čtyřmocných platinových derivátů je látka obsahující adamantan s kódovým názvem LA-12 [(OC-6-43)-bis(acetato) (1-adamantylamine) ammine dichloro platinum(IV)], syntetizovaná v Pliva-Lachema [4], která se dnes již nachází v první fázi klinického testování. V rozsáhlých srovnávacích studiích, které byly zaměřeny na poznání míry cytostatických účinků LA-12 a dalších adamantanových platinových derivátů, kdy byla srovnávána účinnost několika desítek nádorových linií, jsme prokázali, že se jedná o vysoce účinné cytostatikum, které je navíc schopné překonat rezistenci k cisplatině [5]. U buněk ovariálního karcinomu A2780 (parentální) a A2780cis (linie se získanou rezistencí k cisplatině) jsme navíc zjistili, že za mechanismy účinků LA-12 by mohly být odpovědné změny v regulaci buněčného cyklu a apoptózy. LA-12 indukovala přechodnou kumulaci buněk obou linií v S-fázi buněčného cyklu a nárůst hladiny proteinu p53 [6].
Na rozdíl od cisplatiny je LA-12 lipofilní. To by mohlo naznačovat nové způsoby využití této látky. Další nově poznané mechanismy působení jiných platinových cytostatik však upozorňují na další možnosti jejich použití obecněji. Efektivní se zdá být kombinované užití např. se zásahy ovlivňujícími oxidativní (např. vit. D, [7]) a lipidový metabolismus. Nedávné studie např. ukazují, že signální dráhy vedoucí k buněčné smrti přes CD95 vyžadují seskupení receptorů v tzv. lipidových „raftech“ (bohatých na cholesterol, sfingomyelin a glykosfingolipidy) – dynamických seskupeních složených z těsně přilehlých proteinů a lipidů, které volně putují uvnitř plasmatické lipidové dvojvrstvy nebo se sdružují a vytváří větší organizované celky. Tyto domény hrají klíčovou úlohu z hlediska určení celkových vlastností membrán, které ovlivňují charakter přenosu signálů. Lacour et al. [8] ukázali, že cisplatina mj. indukuje produkci ceramidu, čímž spouští redistribuci CD95 v rámci lipidových raftů. Tato redistribuce přispívá k indukci buněčné smrti a zcitlivuje nádorové buňky k CD-95 indukované apoptóze. Bylo také popsáno [9], že modulace složení membránových lipidů zapříčiňuje změny fyzikálních vlastností plasmatické membrány a toto může být spojeno s rezistencí k cisplatině. Naše předběžné kalorimetrické výsledky na umělých lipozomálních strukturách naznačují, že zatímco ani cisplatina ani LA-12 samy o sobě nemění vlastnosti lipozómů, přidání vysoce nenasycené kyseliny arachidonové (AA) významně mění charakter termogramu ve smyslu zvýšení membránové fluidity. Kombinace AA s cisplatinou anebo s LA-12 naznačily tendence k fázové separaci (změny nebo objevení se druhého píku), kdy se tyto píky liší po kombinaci AA s cisplatinou od kombinace AA s LA-12. Tyto rozdíly by mohly přispívat k již popsané rozdílné účinnosti obou preparátů a modulace těchto efektů cílenými zásahy do fosfolipidového metabolismu by proto neměla uniknout další pozornosti.
Literatura
1. Brabec V.: Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology, Vol. 71, 1-68, 2002
2. Brabec V., Kašpárková J.: Drug Resistance Updates, 5, 147-161, 2002
3. Tulub A. A., Stefanov V. E.: International Journal of Biollogical Macromolecules, 28, 191-198, 2001
4. Žák F. et al.: Journal of Medicinal Chemistry 47, 761-763, 2004
5.Turánek J. et al.: Anti-cancer Drugs 15: 537-543, 2004
6. Kozubík A. et al.: Biochemical Pharmacology, 69, 373-383, 2004
7. Sue K. et al.: European Journal of Cancer and Clinical Oncology, 24, 1751-1758, 1988
8. Lacour S.: Cancer Research, 64, 3593-3598, 2004
9. Liang X., Huang Y.: The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 34, 1248-1255, 2002
Práce byla podporována gramtem IGA AV ČR 1QS50004050705.
V současné době je cisplatina (cis-diamminedichloroplatinum(II)), jedno z komerčně nejúspěšnějších cytostatik, používána v léčbě řady typů nádorů. Vzhledem k tomu, že replikace a transkripce DNA jsou procesy, které u intenzívně proliferujících nádorových buněk určují citlivost k cytostaticky působícím látkám obecně, předpokládalo se, že protinádorové vlastnosti cisplatiny by mohly být do značné míry odvozeny od její schopnosti vázat se na DNA. V tomto směru bylo skutečně soustředěno velké množství experimentálních údajů, ze kterých vyplývá, že za velký úspěch cytostatického působení cisplatiny (i reaktivity dalších platinových komplexů) na nádorové buňky by mohly být odpovědné jejich schopnosti vytvářet různé typy kovalentních aduktů s DNA. V důsledku tvorby těchto aduktů dochází k takovým změnám konformace (deformacím) DNA, které inhibují DNA a RNA polymerázami zprostředkovanou replikaci a transkripci a mohou vést i k buněčné smrti. Doposud však zůstává nejasné, které z těchto aduktů jsou nejdůležitější z hlediska protinádorové účinnosti. Z tohoto důvodu byl výzkum interakcí DNA s protinádorově účinnými látkami syntetizovanými na bázi kovů soustředěn na tuto oblast a tyto procesy jsou dále intenzívně studovány jak in vitro tak in vivo [1]. Výzkum se dotýká i problematiky excizní reparace, úlohy nádorově supresorových genů, „získané“ rezistence, apod., tedy otázek, které s poškozením DNA nějakým způsobem těsněji souvisí [2].
Stále zřetelněji se ukazuje, že existuje celá řada dalších cílových míst v buňce, která mohou být současně velmi důležitá v mechanismech působení platinových cytostatik a jejichž vztah k bezprostřednímu poškození DNA již není tak zřejmý. Bylo prokázáno, že cisplatina inhibuje růst nádorových buněk v koncentracích výrazně nižších než ty, které jsou potřebné k inhibici syntézy DNA. Později se ukázalo, že cisplatina může indukovat blok v G2/M fázi buněčného cyklu a programovanou buněčnou smrt způsobem poukazujícím na další mechanismy cytotoxicity této látky. Dále byly získány nové informace, které se vztahují většinou k různým aspektům buněčných signalizací. Jedná se o procesy související s buněčným dělením, jež jsou velmi komplexní povahy. Na tomto místě není proto možné zacházet do podrobností, ale pouze některé z nich naznačit: bylo např. zjištěno, že platinovaný tubulin není zabudováván do mikrotubulů, vznikají stabilní tubulinové agregáty neschopné zajistit separaci chromozómů v průběhu mitózy [3]. V současnosti se dále množí i důkazy pro to, že vedle uvedených efektů platinových preparátů existuje řada dalších možných mechanismů jejich působení, které mohou cytostatické účinky těchto látek modulovat a přitom vedle proteinů zahrnují i jiné typy látek, např. lipidové povahy (viz níže). Tento fakt nabývá na aktuálnosti v době, kdy dochází k pokroku ve vývoji nových platinových derivátů, které se mohou významně lišit nejen svými fyzikálně chemickými, ale také biologickými vlastnostmi. Důvody zvýšeného zájmu o syntézu nových platinových preparátů lze stručně shrnout takto. Jedním z nejzávažnějších problémů při použití cisplatiny v lékařské praxi je častý výskyt získané rezistence a její vysoká nefro-, neuro- a obecně cytotoxicita. Cytostatika odvozená od cisplatiny procházejí proto vývojem, který má za cíl najít látky účinné u nádorů, pro jejichž léčbu je cisplatina nevhodná, tj. takové, které uvedené nedostatky odstraňují. Hlavním principem je záměna ligandů vázaných na základní atom platiny.
Vlastní výsledky a možnosti modulace účinků platinových cytostatik ovlivněním fosfolipidového metabolismu
Jedním z nových čtyřmocných platinových derivátů je látka obsahující adamantan s kódovým názvem LA-12 [(OC-6-43)-bis(acetato) (1-adamantylamine) ammine dichloro platinum(IV)], syntetizovaná v Pliva-Lachema [4], která se dnes již nachází v první fázi klinického testování. V rozsáhlých srovnávacích studiích, které byly zaměřeny na poznání míry cytostatických účinků LA-12 a dalších adamantanových platinových derivátů, kdy byla srovnávána účinnost několika desítek nádorových linií, jsme prokázali, že se jedná o vysoce účinné cytostatikum, které je navíc schopné překonat rezistenci k cisplatině [5]. U buněk ovariálního karcinomu A2780 (parentální) a A2780cis (linie se získanou rezistencí k cisplatině) jsme navíc zjistili, že za mechanismy účinků LA-12 by mohly být odpovědné změny v regulaci buněčného cyklu a apoptózy. LA-12 indukovala přechodnou kumulaci buněk obou linií v S-fázi buněčného cyklu a nárůst hladiny proteinu p53 [6].
Na rozdíl od cisplatiny je LA-12 lipofilní. To by mohlo naznačovat nové způsoby využití této látky. Další nově poznané mechanismy působení jiných platinových cytostatik však upozorňují na další možnosti jejich použití obecněji. Efektivní se zdá být kombinované užití např. se zásahy ovlivňujícími oxidativní (např. vit. D, [7]) a lipidový metabolismus. Nedávné studie např. ukazují, že signální dráhy vedoucí k buněčné smrti přes CD95 vyžadují seskupení receptorů v tzv. lipidových „raftech“ (bohatých na cholesterol, sfingomyelin a glykosfingolipidy) – dynamických seskupeních složených z těsně přilehlých proteinů a lipidů, které volně putují uvnitř plasmatické lipidové dvojvrstvy nebo se sdružují a vytváří větší organizované celky. Tyto domény hrají klíčovou úlohu z hlediska určení celkových vlastností membrán, které ovlivňují charakter přenosu signálů. Lacour et al. [8] ukázali, že cisplatina mj. indukuje produkci ceramidu, čímž spouští redistribuci CD95 v rámci lipidových raftů. Tato redistribuce přispívá k indukci buněčné smrti a zcitlivuje nádorové buňky k CD-95 indukované apoptóze. Bylo také popsáno [9], že modulace složení membránových lipidů zapříčiňuje změny fyzikálních vlastností plasmatické membrány a toto může být spojeno s rezistencí k cisplatině. Naše předběžné kalorimetrické výsledky na umělých lipozomálních strukturách naznačují, že zatímco ani cisplatina ani LA-12 samy o sobě nemění vlastnosti lipozómů, přidání vysoce nenasycené kyseliny arachidonové (AA) významně mění charakter termogramu ve smyslu zvýšení membránové fluidity. Kombinace AA s cisplatinou anebo s LA-12 naznačily tendence k fázové separaci (změny nebo objevení se druhého píku), kdy se tyto píky liší po kombinaci AA s cisplatinou od kombinace AA s LA-12. Tyto rozdíly by mohly přispívat k již popsané rozdílné účinnosti obou preparátů a modulace těchto efektů cílenými zásahy do fosfolipidového metabolismu by proto neměla uniknout další pozornosti.
Literatura
1. Brabec V.: Progress in Nucleic Acid Research and Molecular Biology, Vol. 71, 1-68, 2002
2. Brabec V., Kašpárková J.: Drug Resistance Updates, 5, 147-161, 2002
3. Tulub A. A., Stefanov V. E.: International Journal of Biollogical Macromolecules, 28, 191-198, 2001
4. Žák F. et al.: Journal of Medicinal Chemistry 47, 761-763, 2004
5.Turánek J. et al.: Anti-cancer Drugs 15: 537-543, 2004
6. Kozubík A. et al.: Biochemical Pharmacology, 69, 373-383, 2004
7. Sue K. et al.: European Journal of Cancer and Clinical Oncology, 24, 1751-1758, 1988
8. Lacour S.: Cancer Research, 64, 3593-3598, 2004
9. Liang X., Huang Y.: The International Journal of Biochemistry & Cell Biology, 34, 1248-1255, 2002
Práce byla podporována gramtem IGA AV ČR 1QS50004050705.
Datum přednesení příspěvku: 26. 5. 2005
