Somatostatin analogues as drug delivery systems for receptor-targeted cancer therapy

Abstract

Somatostatin (SST or SRIF14) is a peptidic hormone secreted throughout the central nervous system and in the gastrointestinal tract which has anti-secretory, anti-proliferative and anti-angiogenic effects. Although its administration as a drug is effective in certain conditions, its therapeutic use is limited by its short plasma half-life (< 3 min), the broad spectrum of biological responses and the lack of selectivity over its receptors (SSTRs). In order to obtain more stable and selective analogues we have incorporated both non-natural electron-rich and electron-poor aromatic amino acids at key positions of the native sequence to overcome the above-mentioned drawbacks. In this regard, we have obtained different analogues which have been studied by NMR obtaining the structures of the major set of conformations. Their binding profile and half-lives have also been determined. Among all the analogues, one stood out due to its half-life of around 40 h, the highest one known for a SRIF14 analogue. Furthermore, it displayed a major set of conformations in solution and high selectivity towards SSTR2. In recent years, receptor-targeted cancer therapy has gained interest as certain receptors are overexpressed in cancer cells. This is the case of SSTRs in endocrine tumours. On this subject, we have coupled different molecules at the N-terminal part of the previously mentioned analogue. The first one was a chromophore which enabled us to follow the internalisation of the analogue inside CHO-K1 wild type (WT) and CHO-K1 SSTR2-overexpressing (ST) cell lines which turned to be far more better in ST than in WT. In light of these findings, we decided to go one step further and test this analogue as a drug delivery system thus coupling it to a colour-changing chromophore (green: bonded to the peptide, blue: when released). As before, both the internalisation and the drug release was better in ST than in WT. Last step was to test the analogue as a p38α inhibitor by coupling the inhibitor directly at the N-terminal part. As for the other assays, the inhibition of p-Hsp27 (p38α downstream target) was better in ST than in WT which was attributed to a better internalisation of the analogue.

La somatostatina (SST o SRIF14) es una hormona peptídica secretada por el sistema nervioso central y el tracto gastrointestinal que tiene efectos anti-secretores, anti-proliferativos y anti-angiogénicos. Aunque su administración como fármaco es eficaz en ciertas condiciones, su uso terapéutico está limitado por su corta vida media plasmática (<3 min), el amplio espectro de respuestas biológicas y la falta de selectividad entre sus receptores. Con el fin de obtener análogos más estables y selectivos, hemos incorporado aminoácidos aromáticos no naturales ricos y pobres en electrones en posiciones clave de la secuencia nativa para superar dichos inconvenientes. Así, se obtuvieron diferentes análogos que fueron estudiados por RMN obteniendo la estructura de sus conformaciones mayoritarias. También se determinó su perfil de unión a los receptores y sus vidas medias. Entre los análogos, uno destacó por tener una vida media de 40 h, la más alta conocida para un análogo de 14 aminoácidos. Además, mostró un conjunto de conformaciones en solución parecido y una gran selectividad para SSTR2. Recientemente, la terapia contra el cáncer dirigida a receptores ha ganado interés ya que ciertos receptores están sobre-expresados en las células cancerosas. Este es el caso de los receptores de somatostatina en tumores endocrinos. Así, acoplamos diferentes moléculas en la parte N-terminal del análogo mencionado anteriormente. La primera fue un cromóforo que nos permitió seguir la internalización del análogo en dos líneas celulares: CHO-K1 de tipo salvaje (WT) y CHO-K1 con SSTR2 sobre-expresado (ST); dicha internalización fue mucho mejor en ST que en WT. Al ver estos resultados prometedores, fuimos un paso más allá y probamos el análogo cómo sistema de liberación de fármacos, acoplándolo a un cromóforo que cambia de color (verde: unido al péptido, azul: cuando se libera). Cómo antes, tanto la internalización como la liberación fueron mejores en ST que en WT. El último paso fue probar el análogo como inhibidor de p38α acoplando el inhibidor directamente en la parte N-terminal. Cómo en los ensayos anteriores, la inhibición de p-Hsp27 (diana downstream de p38α) fue mejor en ST que en WT, lo que se atribuyó a una mejor internalización del análogo en ST.