Riprogrammazione metabolica nel cancro

La produzione di lattato ed il suo rilascio nell’ambiente circostante, porterebbe

 all’acidificazione del microambiente tumorale, condizione sfavorevole per le

cellule del sistema immunitario, dalla quale la cellula tumorale può dunque

“evadere”.

La glicolisi è una fonte di precursori per la biosintesi di macromolecole, come

 acidi nucleici, lipidi e proteine utili per sostenere la proliferazione cellulare.

Dobbiamo inoltre considerare che gli enzimi della via glicolitica sono delle proteine

multifunzionali che possono svolgere funzioni diverse da quelle metaboliche,

favorendo dunque l’integrazione tra le vie metaboliche e quelle della proliferazione

cellulare, migrazione e sopravvivenza.

Portiamo avanti degli esempi.

Partiamo dall’ Esochinasi, che è il primo enzima della via glicolitica. Questo enzima,

oltre alla classica funzione di chinasi, è stato visto essere anche un regolatore della

apoptosi. Nei mammiferi può legare alcuni regolatori della apoptosi, come le proteine

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BAX e BAD e portare di fatto, all’ inibizione della apoptosi. Dunque il promuovere la

espressione di esochinasi, può essere correlato ad uno di quegli hallmarks

precedentemente visti, sicuramente quello del riuscire a sfuggire alla morte cellulare

programmata. Ancora, La proteina PKB che è una proteina importate per la

promozione della sopravvivenza cellulare, promuove la trascrizione dell’esochinasi in

diverse cellule tumorali, oltre a promuovere la glicolisi.

Anche la lattatodeidrogenasi ha delle funzioni che vanno al di là di quelle che

normalmente conosciamo. Una tra tutte, è quella di regolatore trascrizionale

diventando nel nucleo una componente della proteina OCA-S, che è per l’appunto un

fattore trascrizionale. Quanto detto implica che la lattato deidrogenasi riesce ad avere

un ruolo regolatore nella trascrizione. Favorendo la via dei pentosi,

PMK2 promuove anche la

produzione di NADPH. La

produzione di NADPH e GSH

servirebbe alla cellula tumorale

a contrastare l’aumento dei

livelli di specie reattive

dell’ossigeno (ROS) , che sono

più elevati nelle cellule

tumorali rispetto alle cellule

normali per la loro rapida

proliferazione. Alti livelli di ROS

possono danneggiare le cellule,

inducendo senescenza e apoptosi.

Vediamo ora invece in che modo gli enzimi metabolici possono diventare target di

farmaci antitumorali.

Iniziamo a parlare della isocitrato deidrogenasi. 4

Come è possibile notare nello schema in alto a destra, infatti, il D2HG porta all’

inibizione della espressione di alcuni pathway importanti per il riparo del DNA, in

questo caso, notiamo l’inibizione dell’attivazione della ATM, tra le MAP chinasi la prima

ad attivarsi nel caso in cui ci sia un danno al DNA.

La presenza del 2DHG contribuisce a creare instabilità genetica, che favorisce

l’insorgenza di mutazioni che favoriscono la trasformazione neoplastica.

Ancora, il 2DHG è capace di intervenire nello stato redox della cellula. Questa sua

caratteristica potrebbe agire in modo tale da portare ad una riduzione delle unità

riducenti, con conseguente aumento del rapporto NADP+/NADPH . Ciò significa avere

minor quantità di unità riducenti, cosa che a sua volta implica una scarsa capacità da

parte della cellula, di avere capacità antiossidanti. Il tutto si riduce al non riuscire a

contrastare l’aumento dei ROS. Questo meccanismo favorisce il danno al DNA, che a

sua volta favorisce una situazione di instabilità genomica. È in questo modo che

enzimi metabolici possono diventare onco-geni. Esistono farmaci approvati dall’ FDA ,

che si basano su meccanismi di inibizione di questi enzimi metabolici, come ad

esempio il farmaco Ivosidenib , che ha come principio attivo una proteina inibitore del

IDH1 mutato, approvato per il trattamento di alcune forme di leucemia mieloide acuta.

Questo è un esempio molto semplice, ma lo scenario di come un enzima metabolico

può essere utilizzato come target terapeutico è molto più complesso. Ci sono diverse

considerazioni da fare riguardo la riprogrammazione metabolica per lo sviluppo di

farmaci antitumorali. Iniziamo dunque ad elencare alcune considerazioni:

1. Il tessuto in cui un oncogene è espresso influenza la possibilità della

riprogrammazione metabolica.

Un esempio deriva da quanto stato osservato nei topi in merito a Myc.

MYC induce un cambiamento metabolico in diversi tessuti, tra cui tumori epatici e

quelli polmonari. È capace di attivare il catabolismo della glutammina nei tumori

polmonari, mentre è capace di attivare la sintesi della glutammina nei tumori epatici.

Classificare quindi i tumori in base al gene “driver” mutato o iper espresso senza

considerare il tessuto d’origine può oscurare delle differenze metaboliche nei tessuti.

Per utilizzare come target la riprogrammazione metabolica bisogna che si tenga conto

del tessuto in cui il tumore si è sviluppato.

Da quanto osservato nei topi, nei tumori epatici :

la riprogrammazione metabolica correla con l’attività di Myc;

 negli stadi precoci Myc promuove la conversione del piruvato ad alanina;

 negli stati tardivi promuove la conversione del piruvato a lattato, acidificando

 l’ambiente in cui si trova il tumore.

2. Variabilità intratumorale (considerare la stadiazione del tumore per scegliere la

terapia) 5

Un esempio deriva da KRAS,

(vedi immagine sotto)

La capacità antiossidante

sappiamo essere fondamentale per le cellule tumorali, in quanto a seguito del loro

metabolismo accelerato hanno un forte stress ossidativo che richiede dunque

capacità antiossidanti per riuscire a sopravvivere.

Inibitori delle glutamminasi sono stati ritrovati efficaci per situazioni tumorali che

vedono la presenza di questa tripla mutazione a carico del tessuto tumorale.

3. Variabilità dipendente dallo stadio della progressione tumorale

In questa immagine troviamo uno schema semplificativo dei vari passaggi e dei

vari step e adattamenti metabolici che la cellula metabolica tumorale deve mettere

in atto , affinché questa stessa cellula possa avere caratteristiche opportune ad

acquisire nuove funzioni, che le permettono di sopravvivere e soprattutto di

espandere la massa

tumorale.

Sull’asse delle ascisse

troviamo l’evoluzione

del tumore nel tempo,

da tumore primario fino

ad un tumore con

macro metastasi. 6

Sull’asse ordinate troviamo la frazione di cellule tumorali che sopravvive nel corso

della evoluzione del sopracitato tumore.

Nel tempo è chiaro che ci sia una selezione cellulare notevole man mano che si

procede nella stadiazione tumorale.

Una prima selezione fa prediligere la via glicolitica come adattamento

 metabolico, sicuramente per favorire l’acidificazione dell’ambiente

extracellulare, che permette la difesa dal nostro sistema immunitario.

Una seconda selezione cellulare avviene nel momento dell’intravasazione; le

 cellule tumorali devono essere in grado di crescere in maniera ancoraggio-

indipendente.

Il collo di bottiglia nel grafico di fatto è rappresentato da quella selezione

 che avviene nel momento in cui abbiamo la selezione di quelle cellule

tumorali che riescono ad invadere tessuti e iniziare a circolare. Le cellule

tumorali che riescono ad entrare nel circolo sono quelle che riescono a

resistere al forte stress ossidativo che gli permette la sopravvivenza nel

circolo sanguigno. Sono quindi quelle che riescono ad avere meccanismi per

la produzione di NADPH e glutatione ridotto per combattere lo stress

ossidativo, e avere quelle capacità antiossidanti che gli permettono la

sopravvivenza. Dunque, bisogna guardare con cautela alle tante proprietà

antitumorali delle terapie con antiossidanti che vengono spesso

sponsorizzate, perché si rischia quasi di favorire il tumore in tal modo.

Un’ulteriore selezione la abbiamo nel momento in cui si hanno le

 micrometastasi. Le cellule tumorali sono in circolo, ma devono raggiungere

un ambiente che deve rivelarsi permissivo per la loro successiva

replicazione. Anche questo step dipende dalle caratteristiche del tessuto di

origine del tumore stesso, ma anche del tessuto che accoglie queste

micrometastasi. Un esempio è quello del tumore alla mammella, poiché è

molto facile che in questo tumore ci siano metastasi al polmone. Vediamo

degli esempi di micro e macro metastasi studiati su diversi tipi di tumore.

Dal momento in cui le cellule tumorali “selezionate” hanno superato questi

step, esse riescono a replicarsi e portare avanti processi di

metastatizzazione e processi proliferativi importanti e veloci.

Nello schema sottostante troviamo un riassunto di quelle che sono le molecole in

sperimentazione per il blocco di alcuni punti della fosforilazione ossidativa: 7

Per alcuni di questi inibitori ci sono delle potenziali applicazioni tumore- specifico e

tessuto- specifico.

In ultima analisi, diremo che utilizzare delle caratteristiche metaboliche di un tumore

piuttosto che di un altro può portare ad una diagnosi differenziale, ed a una diagnosi

più accurata. Questo si traduce in un utilizzo terapeutico di inibitori specifici per

determinati enzimi metabolici alterati. Vediamo degli esempi nella immagine

sottostante : Ad esempio per i gliomi,

attraverso MRS si potrebbe

detectare il D-2HG come

detection per la presenza di

un glioma e per eventuali

canditati per inibitori della

isocitrato deidrogenasi 1.

Sulla scia di questo classico

esempio, ci sono altri

inibitori in sperimentazione.

Ad esempio nel tumore dei

polmoni si può utilizzare una

sonda in sperimentazione

che è quella del

fluorobenzil-trifenilfosfonio che viene captata da quelle cellule che utilizzano come

fonte primaria di energia la fosforilazione ossidativa. Nel momento in cui troviamo un

accumulo di questa sostanza, risulta chiara la diagnosi. Quindi, PET con sonde

specifiche riescono a farci individuare il punto in cui il tumore è situato e accanto a ciò

riescono a darci informazioni sulla stadiazione del tumore. visto questo, sarà più

“semplice” trovare la strategia terapeutica migliore.

Ancora, un altro tracciante potrebbe essere quello della Glutammina-18. Questo

tracciante detecta cellule che hanno un’elevata internalizzazione di glutammina.

Attualmente in sperimentazione ci sono infatti degli inibitori delle glutamminasi.

Altro esempio è quello di utilizzare l’uptake del 13C-lattato o 13C-piruvato nei tumori

quali quello alla prostata. È stato visto che l’uptake di lattato o di piruvato potrebbe

correlare con il grado si progressione tumorale correlata co