Discovery and Validation of New Therapeutic Targets for Medulloblastoma Group 3 treatment

Abstract

El Medul·loblastoma (MB) presenta un repte significatiu en l'oncologia pediàtrica, especialment amb les baixes taxes de supervivència associades al subtipus més agressiu MB Grup 3 (MB G3). Avui dia, no hi ha tractaments dirigits per al MB G3 i el tractament actual, basat en cirurgia, radiació i quimioteràpia, presenta limitacions com l’aparició de resistències a la quimioteràpia i efectes secundaris greus, posant de manifest la necessitat d'intervencions terapèutiques millorades.

Aquest estudi presenta els primers passos d'un procés de descobriment de fàrmacs per al MB G3, basat en dues estratègies: el Reposicionament de Fàrmacs i un programa tradicional de Descobriment de Fàrmacs.

Inicialment, es desenvolupen models in vitro per avaluar l'eficàcia i la toxicitat dels compostos en investigació, inclosos cultius en 2D i 3D, complint amb els estàndards de qualitat més alts i dissenyats per a ser usats en campanyes de cribratge d'alt rendiment. En l'estratègia de Reposicionament de Fàrmacs, s’identifiquen potencials dianes terapèutiques i els seus inhibidors mitjançant el cribratge d'una biblioteca de compostos comercials envers el panell d’assajos cel·lulars d’eficàcia i toxicitat. Vuit inhibidors de dianes relacionades amb el MB es prioritzen basant-nos en la seva activitat i el seu índex terapèutic preliminar, i s’avaluen per a possibles combinacions sinèrgiques. Els resultats, tot i proporcionar evidències del potencial de la plataforma de cribratge, s’han descartat per manca de novetat en el tractament del MB. En el programa tradicional de Descobriment de Fàrmacs es realitza una anàlisi de bioinformàtica per identificar target genes letals en presència d’una deficiència genètica específica (driver gene) per al MB G3. Utilitzant compostos químics per als assajos de validació, confirmem la dependència de les cèl·lules de MB per aquests gens, conduint a la identificació de parelles sinèrgiques de dianes prometedores. En col·laboració amb experts en modelatge in silico es realitza un disseny racional d'un inhibidor dual, seguit d’un cribratge virtual contra una biblioteca de compostos químics per identificar possibles hits, confirmats posteriorment en la nostra bateria d’assajos in vitro.

Els pròxims passos assenyalen a les teràpies dirigides, inclòs l’optimització dels hits identificats a través d’un procés hit-to-lead o l’ús de medicina de precisió usant molècules d’ARN d’interferència, amb resultats experimentals inicials reportats. En conclusió, aquest estudi contribueix als esforços en curs en el desenvolupament de teràpies dirigides per al MB G3, abordant la necessitat urgent de tractaments més efectius i menys tòxics per als tumors cerebrals pediàtrics.

El meduloblastoma (MB) representa un desafío significativo en oncología pediátrica, especialmente debido a las bajas tasas de supervivencia asociadas al subtipo agresivo MB Grupo 3 (MB G3). Hoy en día, no existen terapias dirigidas para el MB G3 y el tratamiento actual, que incluye cirugía, irradiación y quimioterapia, presenta limitaciones como la aparición de resistencias a la quimioterapia y efectos secundarios graves, poniendo de manifiesto la necesidad de intervenciones terapéuticas mejoradas.

Este estudio presenta los primeros pasos de un proceso de descubrimiento de fármacos para tumores MB G3, basado en dos estrategias principales: el Reposicionamiento de Fármacos y un programa tradicional de Descubrimiento de Fármacos.

Inicialmente, se desarrollan modelos in vitro para evaluar la eficacia y la toxicidad de los compuestos en investigación, incluidos cultivo en 2D y 3D, cumpliendo con los más altos estándares de calidad y diseñados para campañas de cribado de alto rendimiento. En la estrategia de Reposicionamiento de Fármacos, se identifican potenciales dianas terapéuticas y sus inhibidores mediante el cribado de una biblioteca de compuestos comerciales frente al panel de ensayos celulares de eficacia y toxicidad. Se priorizan ocho inhibidores de dianas relacionadas con el MB basándose en su actividad y su índice terapéutico preliminar, y se evalúan para posibles combinaciones sinérgicas. Los resultados, a pesar de proporcionar evidencias del potencial de la plataforma de cribado, se han descartado por falta de novedad en el tratamiento del MB. En el programa tradicional de Descubrimiento de Fármacos, se realiza un análisis bioinformático para identificar target genes letales en presencia de una deficiencia genética específica (driver gene) para el MB G3. Utilizando inhibidores para los ensayos de validación, se confirma la dependencia de las células de MB en estos genes, conduciendo a la identificación de parejas sinérgicas de dianas prometedoras. En colaboración con expertos en modelos in silico, se realiza un diseño racional de un inhibidor dual, seguido de un cribado virtual contra una biblioteca de compuestos químicos para identificar posibles hits, posteriormente confirmados en nuestra batería de ensayos in vitro.

Los próximos pasos señalan a las terapias dirigidas, incluido la optimización de los hits identificados a través de un proceso hit-to-lead o el uso de medicina de precisión usando ARN de interferencia, con resultados experimentales iniciales informados. En conclusión, este estudio contribuye a los esfuerzos en el desarrollo de terapias dirigidas para el MB G3, abordando la necesidad urgente de tratamientos más efectivos y menos tóxicos para los tumores cerebrales pediátricos.

Medulloblastoma (MB) presents a significant challenge in paediatric oncology, particularly with the low survival rates associated with the aggressive MB Group 3 (MB G3) subtype. To date, there are no targeted treatments for MB G3 and current treatment modalities, including surgery, irradiation, and chemotherapy, exhibit limitations such as treatment resistance development and severe side effects, emphasizing the critical need for improved therapeutic interventions.

This study presents the initial steps of a comprehensive drug discovery process targeting MB G3 tumours, based on two main strategies: a Drug Repurposing approach and a traditional Drug Discovery program.

First, essential in vitro translational models are developed to assess the efficacy and toxicity of investigational compounds, incorporating both 2D and 3D culture conditions. These models adhere to high-quality standards and are designed for use in high-throughput screening campaigns. In the Drug Repurposing strategy, potential therapeutic targets and their inhibitors are identified through the screening of a commercial chemical library against a panel of efficacy and toxicity cell-based assays. Eight hits, inhibiting MB-related targets, are prioritized based on their activity and in vitro therapeutic index, and evaluated for potential synergistic combinations. While providing supportive evidence for the screening platform's potential, this approach is deprioritized due to insufficient novelty in MB treatment. In the traditional Drug Discovery program approach, a thorough bioinformatics analysis to identify target genes that are lethal in the presence of specific genetic defects (driver genes) for MB G3 is performed. Validation assays with tool compounds confirm the dependency of MB cells on these genes, leading to the identification of promising synergistic target pairs. In collaboration with experts in in silico modelling a rational design of a dual inhibitor is performed, followed by virtual screening against a chemical library to identify potential hits, subsequently confirmed in a battery of in vitro assays.

Future steps outline precision medicine treatments, including the optimization of the identified hits through a hit-to-lead process, or the use of interference RNA, with initial experimental results reported. Overall, this study contributes to the ongoing efforts in developing targeted therapies for MB G3, addressing the urgent need for more effective and less toxic treatments for paediatric brain tumours.