Derivats del (-)3-galat d'epigalocatequina com a nous inhibidors de la sintasa d'àcids grassos amb efectes antitumorals en models cel•lulars i animals de càncer de mama

Abstract

La sintasa d’àcids grassos (FASN), enzim que realitza la síntesi de novo dels àcids grassos, es sobreexpressa en alguns càncers, sobretot en càncer de mama, i s’associa a un mal pronòstic. La seva regulació està relacionada amb la via de senyalització d’HER2, receptor cel.lular de membrana que pertany a la família dels receptors de creixement epidèrmic (HER), tot i que encara es desconeixen els mecanismes moleculars d’aquesta relació. El coneixement de la implicació del paper del metabolisme dels àcids grassos en la iniciació i la progressió del càncer de mama i el desenvolupament d’inhibidors farmacològics de l’activitat de FASN té un gran interès científico-mèdic. L’ús clínic d’inhibidors de FASN, com la cerulenina o el C75, presenten una baixa estabilitat i efectes col.laterals com l’anorèxia i la pèrdua de pes, ja que activen la Carnitina Palmitoil Transferasa 1 (CPT1), enzim regulador de la β-oxidació dels àcids grassos. Anteriorment el nostre grup va demostrar que el (-)-3-galat d’epigalocatequina (EGCG), un polifenol present en el té verd, inhibeix FASN, té efectes antitumorals i és més selectiu que la cerulenina i el C75 perquè no afecta la CPT1, i en conseqüència no produeix pèrdua de pes in vivo. L’ús terapèutic de l’EGCG com agent antitumoral es veu limitat per l’elevat valor de la IC50 (~ 150 >M) i també per la inestabilitat en condicions fisiològiques. En base a aquests resultats, en aquest treball es presenta el disseny d’una família de compostos polifenòlics relacionats estructuralment amb l’EGCG per millorar-ne la seva activitat antitumoral, la biodistribució i l’estabilitat. In vitro s’ha realitzat l’avaluació de l’activitat biològica i molecular d’aquests compostos per tal de valorar-ne l’especificitat, la capacitat inhibidora específica de FASN i l’activitat citotòxica en diferents models de càncer de mama. S’ha determinat que el compost G28UCM presenta una inhibició de l’activitat de FASN d’un 90% i una elevada citotoxicitat en cèl.lules de càncer de mama (IC50= 30 >M). Per altra banda, s’han analitzat les interaccions cel.lulars i moleculars del composta G28UCM en combinació amb les teràpies anti-HER existents (trastuzumab, lapatinib, erlotinib i cetuximab) en un model cel.lular de càncer de mama FASN/HER2 positiu. El G28UCM mostra un clar sinergisme farmacològic amb els fàrmacs anti-HER, trastuzumab, lapatinib i erlotinib, a diferència de l’EGCG que tant sols mostra additivisme amb el trastuzumab. A més al laboratori s’han desenvolupat models cel.lulars de càncer de mama resistents als fàrmacs anti-HER2, trastuzumab i lapatinib, i s’ha avaluat si el G28UCM té activitat antitumoral en aquests models cel.lulars. Els resultats obtinguts ens mostren que el G28UCM segueix mostrant activitat citotòxica amb les cèl.lules resistents als fàrmacs anti-HER2.

In vivo, primer es va desenvolupar el millor model murí de carcinoma de mama FASN i HER2+ utilitzant els compostos inhibidors de FASN de referència EGCG i C75. Un cop establert el model animal es va caracteritzar l’activitat antitumoral i el perfil de toxicitat del compost seleccionat G28UCM. Es va obtenir una inhibició del creixement tumoral en un terç dels ratolins tractats amb el G28UCM, els quals no varen mostrar cap tipus de toxicitat (renal, hepàtica, cardíaca) ni pèrdua de pes.

Aquests resultats proporcionen el fonament pel desenvolupament preclínic del G28UCM, ja sigui sol o en combinació amb les teràpies anti-HER existents en els tumors de mama que sobreexpressen HER2 i els que han progressat al tractament.

Fatty Acid Synthase (FASN), an enzyme responsible for the de novo synthesis of fatty acids is overly manifested in certain types of cancer, especially in breast cancer, and it is associated with a poor diagnosis. Its regulation is associated with the signalling of HER2, a cellular receptor belonging to the human epidermal growth receptors family. However, the molecular mechanisms associated with this relationship are not well understood. FASN inhibitors, such as cerulenin or C75, offers low levels of stability and present side effects, like anorexia and weight loss, since they activate Carnitina Palmitoil Transferasa 1 (CPT1), a regulator enzyme of fatty acids’ β-oxidation.

Previously our research group has proven that epigallocatechin 3-gallate (EGCG), a polyphenol present in green tea, inhibits FASN, has anti-tumoral effects and since it does not affect CPT1, is more selective than both cerulenin and C75. The therapeutic use of EGCG as an anti-tumoral agent is limited by its high IC50 value, as well as by its instability in physiological conditions. Following these results, a family of polyphenol compounds structurally related to EGCG has been designed with the goal of enhancing its anti-tumoral activity, its biodistribution and its stability.

In vitro, we evaluated the biological and molecular activity of these compounds to assessing their specificity, their FASN-specific inhibiting capacity and their cytotoxic activity in different models of breast cancer. G28UCM shows a 90% inhibition of FASN activity and a high cytotoxicity levels in breast cancer cells (IC50= 30 9M). Also, G28UCM were analyzed in combination with already existing anti-HER therapies (trastuzumab, lapatinib, erlotinib, and cetuximab) in a cellular model of FASN/HER2- positive breast cancer. G28UCM shows synergysm with trastuzumab, lapatinib, and erlotinib, as opposed to EGCG, which only shows additivism with trastuzumab. Further, we also developed cellular models of breast cancer, which were resistant to trastuzumab, and lapatinib, and assessed whether G28UCM presents anti-tumoral activity in said cellular models. G28UCM presents cytotoxic activity with anti-HER2 drug resistant cells.

In vivo, the tumoral activity and the toxicity profile of G28UCM were characterized in the murine model of FASN and HER2+ breast carcinoma. The results showed an inhibition of tumor growth in mice treated with a third G28UCM and any toxicity or weight loss.

In summary, our findings provide the basis for the pre-clinical development of G28UCM.