Podwójny cios dla raka: mangan hiperaktywuje czujnik stresu i zabija guzy

Naukowcy z Instytutu Biofizyki Chińskiej Akademii Nauk (CAS), Uniwersytetu Minnesoty i amerykańskiego Narodowego Instytutu Onkologii (NCI), pod przewodnictwem profesora Wanga Likuna, opublikowali w czasopiśmie iScience badanie, w którym wykazali, że dwuwartościowe jony manganu (Mn²⁺) mogą dosłownie „doprowadzić komórki nowotworowe do samozniszczenia” poprzez nadmierną aktywację czujnika stresu siateczki śródplazmatycznej IRE1α i wywoływanie apoptozy za pośrednictwem szlaków RIDD i JNK.

Kontekst: UPR i rola IRE1α

1. Kontrola jakości białek. Nieprawidłowo sfałdowane białka gromadzą się w siateczce śródplazmatycznej (ER) komórek, wywołując „reakcję na stres ER” (UPR) za pośrednictwem trzech czujników: IRE1α, PERK i ATF6.

2. Podwójna natura IRE1α.

• Aktywacja adaptacyjna: umiarkowany stres ER indukuje splicing XBP1 → przywrócenie homeostazy.
• Odpowiedź końcowa: Pod wpływem silnego lub długotrwałego stresu IRE1α dezaktywuje gałąź XBP1 i zamiast tego wyzwala kaskady RIDD (regulowany rozpad zależny od IRE1α) i JNK → apoptozę.

Ta dwoistość od dawna fascynuje onkologów, ale dominującym poglądem było tłumienie IRE1α w celu osłabienia adaptacyjnych mechanizmów obronnych guza. Nowe badanie sugeruje odwrotne podejście: hiperaktywację IRE1α.

Protokół eksperymentalny i kluczowe metody

1. Hodowla komórkowa:

   • Rak piersi (MCF-7), rak wątrobowokomórkowy (HepG2) i normalne linie komórek kontrolnych (HEK293).

   • Dodanie MnCl₂ (0–200 µM) na czas 24–48 godz.

2. Biochemiczna weryfikacja aktywacji IRE1α:

   • Fosforylacja IRE1α (Western blot) wzrastała zależnie od dawki przy stężeniu 50–100 µM Mn²⁺.

   • Aktywność rybonukleazy (RIDD): Rozpad docelowych mRNA (Blos1, Sparc) mierzono metodą qPCR.

   • Szlak JNK: poziomy p-JNK i jego substratów (c-Jun) wzrosły 2-3-krotnie.

3. Łączenie XBP1s:

   • Testy RT-PCR wykazały, że Mn²⁺ nie zwiększa poziomu wariantu splicingowego XBP1s, tzn. specyficznie przeciąża gałąź końcową UPR.

4. Apoptoza i przeżycie komórek:

   • Cytometria przepływowa (aneksyna V/PI) wykazała do 60% komórek apoptotycznych po 48 godzinach leczenia 100 µM Mn²⁺;

   • Analiza MTT potwierdziła redukcję żywotności nawet o 30% w liniach komórkowych raka przy tej samej dawce, podczas gdy normalne komórki zachowały 80% przeżywalności.

5. Kontrola molekularna:

   • Genetyczne usunięcie genu IRE1α (CRISPR–Cas9) całkowicie zniosło cytotoksyczność Mn²⁺, co dowodzi zależności od IRE1α.

   • Podanie małych cząsteczek inhibitorów JNK (SP600125) zmniejszyło apoptozę o około 50%, co wskazuje na udział tej gałęzi procesu.

Przedkliniczne modele in vivo

1. Model myszy z rakiem piersi:

   • Podawanie śródnowotworowe MnCl₂ (1 mM, 20 µL) dwa razy w tygodniu przez 3 tygodnie.

   • Wzrost guza: W ponad 80% przypadków guzy zmniejszyły się lub ustabilizowały; w grupie kontrolnej postępował dalszy wzrost.

2. Toksyczność i bezpieczeństwo:

   • Badania biochemiczne krwi (ALT, AST, kreatynina) mieściły się w granicach normy.

   • Badanie histologiczne narządów (wątroba, nerki, serce) bez stwierdzonych uszkodzeń.

3. Ekspresja markerów apoptozy:

   • Zwiększona aktywność komórek kaspazy-3 i TUNEL-dodatnich w miejscach guza.

Znaczenie i perspektywy

„Po raz pierwszy wykazaliśmy, że selektywna nadaktywacja IRE1α przez Mn²⁺ odwraca protokół UPR w komórkach nowotworowych, nadając priorytet apoptozie” – wyjaśnia prof. Wang Likun. „Otwiera to nową gałąź terapii nowotworowej, w której zamiast tłumić szlaki obronne, „przeciążamy” je”.

• Środek kontrastowy i onkoterapia? Mangan jest już stosowany w środkach kontrastowych do rezonansu magnetycznego, co może ułatwić szybką translację terapii.
• Opracowanie donorów Mn²⁺: ukierunkowanych nanodonorów, które dostarczają Mn²⁺ konkretnie do guza, minimalizując narażenie ogólnoustrojowe.
• Połączenie z immunoterapią: zwiększona apoptoza może zwiększyć produkcję neoantygenów i poprawić reakcję na inhibitory punktów kontrolnych.

Autorzy podkreślają kilka kluczowych punktów:

• Nowy paradygmat terapii UPR
  „Wykazaliśmy, że zamiast tłumić czujnik UPR IRE1α, możliwe jest osiągnięcie efektu przeciwnowotworowego poprzez jego nadaktywację” – mówi prof. Wang Likun (CAS). „To otwiera nową strategię terapii nowotworowej opartą na „przeciążeniu” siateczki śródplazmatycznej (ER).

• Specyfika mechanizmu
  „Mn²⁺ selektywnie stymuluje gałęzie RIDD i JNK IRE1α bez aktywacji adaptacyjnej ścieżki XBP1s” – zauważa dr Li Chang (NCI). „Ta „stronnicza” reakcja zapewnia apoptozę komórek nowotworowych przy minimalnym wpływie na komórki normalne”.

• Perspektywy klinicznego zastosowania
  : „Ponieważ mangan jest już stosowany jako środek kontrastowy w MRI, mamy wszelkie szanse na szybkie zaadaptowanie dawców Mn²⁺ do potrzeb klinicznych” – komentuje prof. Sarah Lee (Minnesota). „Kolejnym krokiem jest opracowanie ukierunkowanych systemów dostarczania do guza”.

• Potencjał terapii skojarzonej
  „Nadmierna aktywacja IRE1α może nasilić produkcję neoantygenów i poprawić odpowiedź na immunoterapię” – dodaje dr Tanaka (CAS). „Połączenie Mn²⁺ z inhibitorami punktów kontrolnych obiecuje efekt synergistyczny”.

• Bezpieczeństwo i selektywność
  „W naszych modelach przedklinicznych Mn²⁺ nie powodował uszkodzeń normalnych tkanek ani nie zwiększał toksyczności ogólnoustrojowej” – zauważa dr Martinez (Minn.). „Ma to kluczowe znaczenie dla rozpoczęcia badań klinicznych”.

Badanie to wyznacza nowy kierunek leczenia raka poprzez kontrolowaną aktywację odpowiedzi komórkowej na stres i wprowadza mangan jako środek przeciwnowotworowy zdolny do przeciążenia mechanizmów przeżycia komórek nowotworowych.