Dvigubas smūgis vėžiui: manganas hiperaktyvuoja streso jutiklį ir naikina navikus

Kinijos mokslų akademijos (CAS) Biofizikos instituto, Minesotos universiteto ir JAV Nacionalinio vėžio instituto (NCI) mokslininkai, vadovaujami profesoriaus Wang Likun, žurnale „ iScience“ paskelbė tyrimą, kuriame įrodė, kad dvivalenčiai mangano jonai (Mn²⁺) gali tiesiogine prasme „suvesti vėžio ląsteles į savęs sunaikinimą“, pernelyg aktyvuodami ER streso jutiklį IRE1α ir sukeldami apoptozę per RIDD ir JNK kelius.

Kontekstas: UPR ir IRE1α vaidmuo

1. Baltymų kokybės kontrolė. Neteisingai susilankstę baltymai kaupiasi ląstelių endoplazminiame tinkle (ER), sukeldami „ER streso atsaką“ (UPR) per tris jutiklius: IRE1α, PERK ir ATF6.

2. Dviguba IRE1α prigimtis.

• Adaptyvi aktyvacija: vidutinis ER stresas sukelia XBP1 splaisingą → homeostazės atkūrimas.
• Galutinis atsakas: esant stipriam ar užsitęsusiam stresui, IRE1α deaktyvuoja XBP1 šaką ir vietoj to sukelia RIDD (reguliuojamo IRE1α priklausomo irimo) ir JNK tarpininkaujamas kaskadas → apoptozę.

Šis dvilypumas jau seniai žavi onkologus, tačiau vyraujanti idėja buvo slopinti IRE1α, siekiant susilpninti naviko adaptacinę apsaugą. Naujas tyrimas siūlo priešingą požiūrį: IRE1α hiperaktyvavimą.

Eksperimentinis protokolas ir pagrindiniai metodai

1. Ląstelių kultūra:

   • Krūties vėžys (MCF-7), hepatocelulinė karcinoma (HepG2) ir normalios kontrolinės ląstelių linijos (HEK293).

   • MnCl₂ (0–200 µM) pridėjimas 24–48 val.

2. IRE1α aktyvacijos biocheminis patvirtinimas:

   • IRE1α fosforilinimas (Western blot) didėjo priklausomai nuo dozės esant 50–100 µM Mn²⁺ koncentracijai.

   • RNazės aktyvumas (RIDD): tikslinių mRNR (Blos1, Sparc) irimas buvo matuojamas kPGR.

   • JNK signalizacijos kelias: p-JNK ir jo substratų (c-Jun) kiekis padidėjo 2–3 kartus.

3. XBP1 sujungimas:

   • RT-PGR tyrimai parodė, kad Mn²⁺ nepadidina XBP1s splaisingo varianto lygio, t. y. jis specifiškai perkrauna UPR galinę šaką.

4. Apoptozė ir ląstelių išgyvenimas:

   • Srauto citometrija (aneksinas V/PI) atskleidė iki 60 % apoptozinių ląstelių po 48 val. apdorojimo 100 µM Mn²⁺;

   • MTT analizė patvirtino, kad vėžio ląstelių gyvybingumas, esant tokiai pačiai dozei, sumažėjo iki 30 %, o normalių ląstelių išgyvenamumas išliko 80 %.

5. Molekulinė kontrolė:

   • IRE1α genetinis nokautas (CRISPR–Cas9) visiškai panaikino Mn²⁺ citotoksiškumą, parodydamas priklausomybę nuo IRE1α.

   • Mažų molekulių JNK inhibitorių (SP600125) skyrimas sumažino apoptozę maždaug 50%, o tai rodo šios šakos dalyvavimą.

Ikiklinikiniai in vivo modeliai

1. Pelės krūties vėžio modelis:

   • MnCl₂ (1 mM, 20 µL) intratumorinis vartojimas du kartus per savaitę 3 savaites.

   • Naviko augimas: daugiau nei 80 % atvejų navikai sumažėjo arba stabilizavosi; kontrolinės grupės pacientai toliau progresavo.

2. Toksiškumas ir saugumas:

   • Kraujo biocheminiai rodikliai (ALT, AST, kreatininas) išliko normos ribose.

   • Organų (kepenų, inkstų, širdies) histologija be aptiktų pažeidimų.

3. Apoptotinių žymenų raiška:

   • Padidėjęs kaspazės-3 ir TUNEL teigiamų ląstelių aktyvumas naviko vietose.

Reikšmė ir perspektyvos

„Pirmą kartą parodėme, kad selektyvus IRE1α peraktyvavimas Mn²⁺ panaikina UPR protokolą naviko ląstelėse, teikdamas pirmenybę apoptozei“, – aiškina prof. Wang Likun. „Tai atveria naują vėžio terapijos šaką, kur užuot slopinę gynybos kelius, mes juos „perkrauname“.“

• Kontrastinė medžiaga ir onkoterapija? Manganas jau naudojamas MRT kontrastinėse medžiagose, o tai gali palengvinti greitą terapijos poveikį.
• Mn²⁺ donorų kūrimas: tiksliniai nanodonorai, kurie Mn²⁺ tiekia specialiai į naviką, sumažindami sisteminį poveikį.
• Derinimas su imunoterapija: padidėjusi apoptozė gali padidinti neoantigenų gamybą ir pagerinti atsaką į kontrolinių taškų inhibitorius.

Autoriai pabrėžia kelis svarbius dalykus:

• Nauja UPR terapijos paradigma
  „Mes parodėme, kad užuot slopinus UPR jutiklį IRE1α, galima pasiekti priešnavikinį poveikį jį pernelyg aktyvuojant“, – sako prof. Wang Likun (CAS). „Tai atveria naują vėžio terapijos strategiją, pagrįstą ER streso „perkrovimu“.“

• Mechanizmo specifiškumas
  : „Mn²⁺ selektyviai stimuliuoja IRE1α RIDD ir JNK šakas, neaktyvuodamas adaptyvaus XBP1s kelio“, – pažymi dr. Li Chang (NCI). „Šis „šališkas“ atsakas užtikrina naviko ląstelių apoptozę, minimaliai paveikdamas normalias ląsteles.“

• Klinikinio pritaikymo perspektyvos
  „Kadangi manganas jau naudojamas kaip kontrastinė medžiaga MRT tyrimuose, turime visas galimybes greitai pritaikyti Mn²⁺ donorus klinikai“, – komentuoja prof. Sarah Lee (Minesota). „Kitas žingsnis – sukurti tikslines tiekimo į naviką sistemas.“

• Kombinuotos terapijos potencialas
  „IRE1α peraktyvinimas gali sustiprinti neoantigenų gamybą ir pagerinti atsaką į imunoterapiją“, – priduria dr. Tanaka (CAS). „Mn²⁺ derinys su kontrolinių taškų inhibitoriais žada sinergetinį poveikį.“

• Saugumas ir selektyvumas
  „Mūsų ikiklinikiniuose modeliuose Mn²⁺ nepažeidė normalių audinių ir nepadidino sisteminio toksiškumo“, – pažymi dr. Martinezas (Minesota). „Tai labai svarbu norint pereiti prie klinikinių tyrimų.“

Šis tyrimas nustato naują vėžio gydymo kursą kontroliuojamai aktyvuojant ląstelių streso atsaką ir pristato manganą kaip priešnavikinį agentą, galintį perkrauti vėžio ląstelių išgyvenimo mechanizmus.