Влияние нового ингибитора HSP90 на сигнальные пути рецептора эстрогенов α в клетках рака молочной железы

Введение. Белки теплового шока (heat shock proteins, HSP), также известные как молекулярные шапероны, представляют собой большое семейство белков, регулирующих процессы гистогенеза и гомеостаза, а также влияющих на фолдинг и функциональную активность множества клиентских белков. Особый интерес в этом семействе представляет шаперон 90 (HSP90), который значительно поддерживает рост злокачественных клеток. Он оказывает комплексное влияние на сигнальные пути канцерогенеза, включая BCR-ABL, Raf-1, AKT, рецептор эпидермального фактора роста человека 2-го типа (ERBB2/HER2), индуцируемый гипоксией фактор 1α (HIF-1α), янус-киназу 2 (JAK2), STAT3, p53 и рецептор эстрогена α (ERα). Именно поэтому поиск новых селективных ингибиторов этого шаперона является актуальной задачей медицинской химии и онкологии.
Цель исследования – изучение антипролиферативной активности нового ингибитора HSP90 THB5T-1 на линиях клеток ERα-положительного рака молочной железы и оценка его антиэстрогенного потенциала и селективности.
Материалы и методы. Исследование проводили на линиях гормонозависимых клеток рака молочной железы MCF7 и T47D и нормальных фибробластов hFB-hTERT. Антипролиферативную активность соединения определяли посредством МТТ-теста. Для анализа влияния ингибирования HSP90 на сигнальные пути клеток использовали иммуноблоттинг. Оценку антиэстрогенной активности THB5T-1 проводили в клетках MCF7 методом репортерного анализа. Для построения модели взаимодействия THB5T-1 с лигандсвязывающим доменом ERα применяли молекулярное моделирование.
Результаты. Концентрация THB5T-1, необходимая для полумаксимального ингибирования роста клеток (IC₅₀), составила 4,3 мкМ для линии MCF7 и 5,6 мкМ для линии T47D. Увеличение концентрации THB5T-1 до 25 мкМ приводило к снижению выживаемости клеток до 20 %. индекс селективности THB5T-1 для различных клеток рака молочной железы варьировал от 3,7 до 5 у.е. Влияние соединения THB5T-1 на гормональные пути в клетках MCF7, выявленное с помощью репортерного анализа и иммуноблоттинга, оказалось дозозависимым. Способность THB5T-1 напрямую связываться с ERα подтверждена данными молекулярного моделирования. Антипролиферативные эффекты THB5T-1 в клетках MCF7 ассоциированы со снижением экспрессии регуляторов клеточного цикла, таких как циклин D1 и циклинзависимая киназа 4 (CDK4). Также выявлена значительная эффективность соединения THB5T-1 в комбинации с селективным ингибитором AKT.
Заключение. Соединение THB5T-1 оказывает антипролиферативное воздействие на клетки ERα-положительного рака молочной железы и демонстрирует высокую селективность. Антиэстрогенные эффекты THB5T-1 подтверждают его значительный потенциал как селективного ингибитора пути HSP90/ERα/GREB1 и блокатора ERα-опосредованной пролиферации опухолевых клеток.

1. Zagouri F., Bournakis E., Koutsoukos K. et al. Heat shock protein 90 (hsp90) expression and breast cancer. Pharmaceuticals (Basel) 2012;5(9):1008–20. DOI: 10.3390/ph5091008

2. Birbo B., Madu E.E., Madu C.O. et al. Role of HSP90 in cancer. Int J Mol Sci 2021;22(19):10317. DOI: 10.3390/ijms221910317

3. Whitley D., Goldberg S.P., Jordan W.D. Heat shock proteins: a review of the molecular chaperones. J Vasc Surg 1999;29(4):748–51. DOI: 10.1016/s0741-5214(99)70329-0

4. Schwab M., Multhoff G. A Low membrane Hsp70 expression in tumor cells with impaired lactate metabolism mediates radiosensitization by NVP-AUY922. Front Oncol 2022;12:861266. DOI: 10.3389/fonc.2022.861266

5. Li W., Tsen F., Sahu D. et al. Extracellular Hsp90 (eHsp90) as the actual target in clinical trials: intentionally or unintentionally. Int Rev Cell Mol Biol 2013;303:203–35. DOI: 10.1016/b978-0-12-407697-6.00005-2

6. Zhang S., Wang C., Ma B. et al. Mutant p53 drives cancer metastasis via RCP-mediated Hsp90α secretion. Cell Rep 2020;32(1):107879. DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107879

7. Gougelet A., Bouclier C., Marsaud V. et al. Estrogen receptor alpha and beta subtype expression and transactivation capacity are differentially affected by receptor-, hsp90- and immunophilin-ligands in human breast cancer cells. J Steroid Biochem Mol Biol 2005;94(1–3):71–81. DOI: 10.1016/j.jsbmb.2005.01.018

8. Prodromou C. Mechanisms of Hsp90 regulation. Biochem J 2016;473(16):2439–52. DOI: 10.1042/bcj20160005

9. Piven Y.A., Yastrebova M.A., Khamidullina A.I. et al. Novel O-acylated (E)-3-aryl-6,7-dihydrobenzisoxazol-4(5H)-one oximes targeting HSP90-HER2 axis in breast cancer cells. Bioorgan Med Chem 2022;53:116521. DOI: 10.1016/j.bmc.2021.116521

10. Neckers L. Hsp90 inhibitors as novel cancer chemotherapeutic agents. Trends Mol Med 2002;8(4 Suppl.):S55–61. DOI: 10.1016/s1471-4914(02)02316-x

11. Piven Yu.A., Scherbakov A.M., Yastrebova M.A. et al. Effective synthesis of novel dihydrobenzisoxazoles bearing the 2-aminothiazole moiety and evaluation of the antiproliferative activity of their acylated derivatives. Org Biomol Chem 2021;19(47):10432–43. DOI: 10.1039/d1ob01614h

12. Pillai R.N., Ramalingam S.S. Throwing more cold water on heat shock protein 90 inhibitors in NSCLC. J Thorac Oncol 2018;13(4):473–4. DOI: 10.1016/j.jtho.2018.02.010

13. Varabyeva N.A., Salnikova D.I., Krymov S.K. et al. Design and synthesis of novel 6,7-dihydrobenzo[d]isoxazol-4(5H)-one derivatives bearing 1,2,3-triazole moiety as potential Hsp90 inhibitors and their evaluation as antiproliferative agents. Chem Select 2024;9(12):e202304812. DOI: 10.1002/slct.202304812

14. Egorov E.E., Moldaver M.V., Vishniakova Kh.S. et al. Enhanced control of proliferation in telomerized cells. Ontogenez 2007;38(2):105–19.

15. Iselt M., Holtei W., Hilgard P. The tetrazolium dye assay for rapid in vitro assessment of cytotoxicity. Arzneimittelforschung 1989;39(7):747–9.

16. Ilovaisky A.I., Scherbakov A.M., Chernoburova E.I. et al. Secosteroid diacylhydrazines as novel effective agents against hormone-dependent breast cancer cells. J Steroid biochem Mol Biol 2024;244:106597. DOI 10.1016/j.jsbmb.2024.106597

17. Reid G., Hübner M.R., Métivier R. et al. Cyclic, proteasome-mediated turnover of unliganded and liganded ERα on responsive promoters is an integral feature of estrogen signaling. Mol Cell 2003;11(3):695–707. DOI: 10.1016/s1097-2765(03)00090-x

18. Scherbakov A.M., Komkov A.V., Komendantova A.S. et al. Steroidal pyrimidines and dihydrotriazines as novel classes of anticancer agents against hormone-dependent breast cancer cells. Front Pharmacol 2017;8:979. DOI: 10.3389/fphar.2017.00979

19. Sander T., Freyss J., von Korff M. et al. DataWarrior: an open-source program for chemistry aware data visualization and analysis. J Chem Inf Model 2015;55(2):460–73. DOI: 10.1021/ci500588j

20. O’Boyle N.M., Banck M., James C.A. et al. Open babel: an open chemical toolbox. J Cheminform 2011;3:33. DOI: 10.1186/1758-2946-3-33

21. Morris G.M., Huey R., Lindstrom W. et al. AutoDock4 and AutoDockTools4: automated docking with selective receptor flexibility. J Comput Chem 2009;30(16):2785–91. DOI: 10.1002/jcc.21256

22. Alhossary A., Handoko S.D., Mu Y. et al. Fast, accurate, and reliable molecular docking with QuickVina 2. Bioinformatics 2015;31(13):2214–6. DOI: 10.1093/bioinformatics/btv082

23. Abraham M.J., Murtola T., Schulz R. et al. GROMACS: high performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers. SoftwareX 2015;1–2: 19–25. DOI: 10.1016/j.softx.2015.06.001

24. Sousa da Silva A.W., Vranken W.F. ACPYPE – AnteChamber PYthon Parser interfacE. BMC Res Notes 2012;5:367. DOI: 10.1186/1756-0500-5-367

25. Valdes-Tresanco M.S., Valdes-Tresanco M.E., Valiente P.A. et al. gmx_MMPBSA: a new tool to perform end-state free energy calculations with GROMACS. J Chem Theory Comput 2021;17(10):6281–91. DOI: 10.1021/acs.jctc.1c00645

26. Hawkins G.D., Cramer C.J., Truhlar D.G. Parametrized models of aqueous free energies of solvation based on pairwise descreening of solute atomic charges from a dielectric medium. J Physical Chem 1996;100(51):19824–39. DOI: 10.1021/jp961710n

27. El-Naggar M., Eldehna W.M., Almahli H. et al. Novel thiazolidinone/thiazolo[3,2-a]benzimidazolone-Isatin conjugates as apoptotic anti-proliferative agents towards breast cancer: one-pot synthesis and in vitro biological evaluation. Molecules (Basel) 2018;23(6):1420. DOI: 10.3390/molecules23061420

28. Ilovaisky A.I., Scherbakov A.M., Merkulova V.M. et al. Secosteroid-quinoline hybrids as new anticancer agents. J Steroid Biochem molecular Biol 2023;228:106245. DOI: 10.1016/j.jsbmb.2022.106245

29. Supasena W., Muangnoi C., Praengam K. et al. Enhanced selective cytotoxicity of doxorubicin to breast cancer cells by methoxypolyethylene glycol conjugation via a novel beta-thiopropanamide linker. Eur Polymer J 2020;141:110056. DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2020.110056

30. Duarte D., Nunes M., Ricardo S. et al. Combination of antimalarial and CNS drugs with antineoplastic agents in MCF-7 breast and HT-29 colon cancer cells: biosafety evaluation and mechanism of action. Biomolecules 2022;12(10):1490. DOI: 10.3390/biom12101490

31. Tokui K., Adachi H., Waza M. et al. 17-DMAG ameliorates polyglutamine-mediated motor neuron degeneration through well-preserved proteasome function in an SBMA model mouse. Hum Mol Genet 2009;18(5):898–910. DOI: 10.1093/hmg/ddn419

32. Kudryavtsev V.A., Khokhlova A.V., Mosina V.A. et al. Induction of Hsp70 in tumor cells treated with inhibitors of the Hsp90 activity: a predictive marker and promising target for radiosensitization. PloS One 2017;12(3):e0173640. DOI: 10.1371/journal.pone.0173640

33. Shimomura A., Yamamoto N., Kondo S. et al. First-in-Human phase i study of an oral HSP90 inhibitor, TAS-116, in patients with advanced solid tumors. Mol Cancer Ther 2019;18(3):531–40. DOI: 10.1158/1535-7163.mct-18-0831

34. Ryan D., Carberry S., Murphy Á.C. et al. Calnexin, an ER stress-induced protein, is a prognostic marker and potential therapeutic target in colorectal cancer. J Transl Med 2016;14(1):196. DOI: 10.1186/s12967-016-0948-z

35. Powell L.E., Foster P.A. Protein disulphide isomerase inhibition as a potential cancer therapeutic strategy. Cancer Med 2021;10(8):2812–25. DOI: 10.1002/cam4.3836

36. Yadav M., Singh A.K., Kumar A. et al. An insight to heat shock protein 90: a remedy for multiple problems. Curr Pharm Des 2022;28(32):2664–76. DOI: 10.2174/1381612828666220829120630

37. Cheng M., Michalski S., Kommagani R. Role for growth regulation by estrogen in breast cancer 1 (GREB1) in hormone-dependent cancers. Int J Mol Sci 2018;19(9):2543. DOI: 10.3390/ijms19092543

38. Qie S., Diehl J.A. Cyclin D1, cancer progression, and opportunities in cancer treatment. J Mol Med (Berl) 2016;94(12):1313–26. DOI: 10.1007/s00109-016-1475-3

39. De U., Chun P., Choi W.S. et al. A novel anthracene derivative, MHY412, induces apoptosis in doxorubicin-resistant MCF-7/Adr human breast cancer cells through cell cycle arrest and downregulation of P-glycoprotein expression. Int J Oncol 2014;44(1):167–76. DOI: 10.3892/ijo.2013.2160

40. Piven Y.A., Zinovich V.G., Shcherbakov D.N. et al. Computer-aided design, synthesis and evaluation of new SARS-CoV-2 Mpro inhibitors based on 1,5,6,7-tetrahydro-4H-indazol-4-one scaffold. Med Chem Res 2023;33(1):151–63. DOI: 10.1007/s00044-023-03174-z

41. Thorn C.F., Oshiro C., Marsh S. et al. Doxorubicin pathways: pharmacodynamics and adverse effects. Pharmacogenet Genomics 2011;21(7):440–6. DOI: 10.1097/FPC.0b013e32833ffb56

42. O’Reilly M., Mellotte G., Ryan B. et al. Gastrointestinal side effects of cancer treatments. Ther Adv Chronic Dis 2020;11: 2040622320970354. DOI: 10.1177/2040622320970354

43. Jin H., Wang L., Bernards R. Rational combinations of targeted cancer therapies: background, advances and challenges. Nat Rev Drug Discov 2023;22(3):213–34. DOI: 10.1038/s41573-022-00615-z

44. Kau T.R., Schroeder F., Ramaswamy S. et al. A chemical genetic screen identifies inhibitors of regulated nuclear export of a Forkhead transcription factor in PTEN-deficient tumor cells. Cancer Cell 2003;4(6):463–76. DOI: 10.1016/s1535-6108(03)00303-9

45. Scherbakov A.M., Bogdanov F.B., Mikhaylova A.L. et al. Targeting AKT kinase in hydroxytamoxifen-resistant breast cancer cells. Med Sci Forum 2023;20(1):4. DOI: 10.3390/IECC2023-14224