Recerca terapèutica en l'anèmia de Fanconi

Abstract

S’estan dedicant molts esforços en trobar una teràpia eficient pel tractament de les principals complicacions en l’anèmia de Fanconi, la fallada del moll de l’os i el càncer. També, hi ha estudis que es centren en la recerca de tractaments crònics per la prevenció de la malaltia. La taxa de mortalitat per la fallada del moll de l’os s’ha reduït dràsticament en els últims anys gràcies a la millora dels protocols de trasplantament de progenitors hematopoètics i també pels nous enfocaments en la recerca, com per exemple la teràpia gènica. No obstant, els pacients tenen una taxa de supervivència molt reduïda després del diagnòstic dels tumors sòlids i no existeix actualment una teràpia efectiva a banda de la resecció quirúrgica. Així doncs, el següent gran repte a abordar és el tractament de les malignitats. En aquest estudi vam desenvolupar dos assajos de cribatge de fàrmacs per mesurar diferents marcadors Fanconi amb la finalitat de trobar compostos que puguin millorar o curar la malaltia de l’anèmia de Fanconi i puguin ser investigats en estudis preclínics com a una nova teràpia. Vam adaptar el test de micronuclis in vitro utilitzant la citometria de flux per tal d’estudiar quins compostos reduïen la fragilitat cromosòmica i la parada del cicle cel·lular en fase G2/M de les cèl·lules Fanconi. Es va realitzar un cribatge de 10 fàrmacs candidats basats en la recerca de literatura i una biblioteca amb 84 compostos antioxidants o antiinflamatoris i es van identificar diferents fàrmacs que reduïen la fragilitat cromosòmica i la parada del cicle cel·lular en línies limfoblastoids deficients per FANCA. Vam seleccionar dos compostos, el CRD3 i CRD8, àmpliament utilitzats en la clínica, per estudiar en un model de ratolí deficient per Fanca. Un any després, el 60 % dels ratolins tractats amb placebo van morir. En canvi, només el 20 % dels ratolins del grup de tractament del CRD3 van ser sacrificats per pèrdua excessiva de pes i tots els ratolins del grup del CRD8 estaven vius i sans al final de l’experiment. En el segon assaig, vam posar a punt un sistema cel·lular basat en la formació de foci de la proteïna FANCD2-Ub en cèl·lules deficients per FANCA i vam realitzar un cribatge de 3802 fàrmacs, incloent tots els compostos aprovats per la FDA, inhibidors de cinases i compostos de diferent diversitat química per tal de trobar un fàrmac que pogués curar l’anèmia de Fanconi reactivant la ruta FA/BRCA. Es van seleccionar 7 compostos candidats però cap d’ells va poder ser validat en assajos fenotípics. Aprofitant que es va dur a terme aquest cribatge, vam buscar compostos que inhibissin el creixement cel·lular amb un mecanisme d’acció no genotòxic. Els fàrmacs seleccionats es van estudiar en línies cel·lulars de carcinoma escamós (HNSCC) derivades de pacients Fanconi i en fibroblasts primaris. Els fàrmacs CAT2 i CAT29 van ser especialment rellevants ja que van ser altament selectius per les cèl·lules canceroses. Aquests fàrmacs estan aprovats pel tractament del càncer i el seu mecanisme d’acció no implica el dany en el DNA. Cap dels dos compostos tampoc va induir la fragilitat cromosòmica en una línia limfoblastoid deficient per FANCA i no van activar la monoubiquitinació de la proteïna FANCD2, suggerint que la ruta FA/BRCA no està implicada en la resposta cel·lular a aquests fàrmacs. Els experiments in vivo de xenoempelts tumorals en ratolins van demostrar que el CAT2 i CAT29 van inhibir el creixement de la línia de HNSCC Fanconi VU1131-T2.8 d’una manera molt significativa. Donats els resultats presentats en aquesta tesi doctoral, proposem continuar els estudis preclínics per tal de reposicionar el CDR3 i CDR8 per tractar l’anèmia de Fanconi i el CAT2 i CAT29 per tractar els HNSCC Fanconi.

Much effort is being made on Fanconi anemia therapeutics to treat bone marrow failure and cancer, the most life threatening signs of the disease. There are also studies searching for prevention, with chronic treatment proposals. As mortality rate by bone marrow failure has been dramatically reduced in the last years, thanks to improved hematopoietic stem cell transplantation protocols, and with the promise of new approaches such as gene therapy, the next step in the horizon of Fanconi anemia treatment may be focused on malignancies. Patients have very low survival rate after solid tumors appear, and no effective therapy currently exists beyond surgical resection. That is the reason why we developed two drug screening assays to measure different Fanconi biomarkers with the purpose of finding new drugs that ameliorate or cure the Fanconi anemia disorder and could be investigated in preclinical studies as a new therapy. We adapted the flow cytometric in vitro micronucleus test to screen drugs for their ability to reduce chromosome fragility and cell cycle arrest in FANCA-deficient cells. Screening of 10 candidate drugs based on literature search and a redox library of 84 antioxidants/antiinflammatory compounds identified several drugs that consistently restored chromosome fragility and G2/M cell cycle arrest in lymphoblast cell lines from 3 independent FANCA-deficient patients. We selected two drugs, CRD3 and CRD8, widely used in clinics, to test in Fanca-deficient mice in vivo. One year later 60 % of placebo-treated mice died. Only 20 % mice of CRD3 treated group were sacrificed due to excess weight loss while all CRD8 treated mice were alive and healthy at the end of the experiment. In a second assay, we set up a cell system based on FANCD2-Ub foci detection in FANCA-deficient cells and we screened 3802 drugs, which included all FDA-approved, kinase inhibitors and chemical diversity compounds in search of a drug to cure Fanconi anemia by re-activating the FA/BRCA pathway. We selected 7 hits and none of them could be validated on phenotypic assays. Taking advantage of this screening, we searched for drugs that killed cells by a non-genotoxic mode of action. Selected drugs were tested in Fanconi anemia patient-derived head and neck squamous cell carcinomas (HNSCC) cell lines and primary fibroblasts. Two potential drugs, CAT2 and CAT29, were especially relevant as they are highly selective for cancer cells. They are already approved for cancer treatment and their mechanism of action does not involve DNA damage. Neither CAT2 nor CAT29 induced chromosome fragility in FANCA-deficient lymphoblastoid cell line or activate FANCD2 ubiquitination suggesting that the Fanconi anemia pathway is not involved in the cellular response to these drugs. In vivo experiments of tumor xenografts in mice showed that CAT2 and CAT29 inhibited the growth of HNSCC Fanconi VU1131-T2.8 in a highly significant manner. Given the results presented in this PhD thesis, we propose to continue the preclinical studies in order to finally repurpose CRD3 and CRD8 to treat Fanconi anemia and CAT2 and CAT29 to treat Fanconi HNSCC.