A klasszikus hiszton-deacetiláz enzimek és a hiszton-deacetiláz inhibitorok áttekintése
Abstract
A hiszton-deacetiláz enzimek fontos szerepe a génexpresszió, a sejtproliferáció és a túlélés szabályozásában vonzó célpontokká tette őket a hiszton-deacetiláz inhibitorok mint rákellenes gyógyszerek kifejlesztésére. A szuberoilanilid-hidroxámsavat (Vorinostat, Zolinza), a prototípusos trichosztatin A szerkezeti analógját az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatóság 2006-ban engedélyezte az előrehaladott bőr T-sejtes limfóma kezelésére. Ezt követte a ciklikus peptid, a depsipeptid (Romidepsin, Istodax) engedélyezése ugyanezen betegség kezelésére 2009-ben. Jelenleg számos hiszton-deacetiláz inhibitor van preklinikai és klinikai vizsgálat alatt hematológiai és szolid rosszindulatú daganatok kezelésére. E vizsgálatok többsége a hiszton-deacetiláz-gátlók és más terápiás módszerek, különösen a hagyományos kemoterápiás szerek és a sugárterápia kombinációira összpontosít. E tanulmány célja, hogy áttekintést adjon a klasszikus hiszton-deacetiláz enzimekről és a hiszton-deacetiláz inhibitorokról, hangsúlyt fektetve a lehetséges kombinációs terápiákra.
1. Bevezetés
A kromatin egy dinamikus szerkezet, amely számos mechanizmuson keresztül, beleértve a DNS-metilációt és a poszttranszlációs hisztonmódosulásokat, átalakításon megy keresztül, hogy megkönnyítse az anyagcsere-folyamatokat, beleértve az átírást, a replikációt és a javítást . Az egyik jól vizsgált poszttranszlációs hisztonmódosítás az acetiláció, amelyet először az 1960-as években határoztak meg . A hiszton acetilációt két enzimcsoport, nevezetesen a hiszton acetiltranszferázok (HAT-ok) és a hiszton deacetilázok (HDAC-ok) ellentétes hatása szabályozza. A HAT-ok katalizálják a szubsztrát acetil-coA acetil-részének átvitelét a hisztonok lizinmaradványainak ε-aminocsoportjára. Ez semlegesíti a hisztonok pozitív töltését, gyengítve a negatív töltésű DNS-sel való kölcsönhatásukat. Ez egy lazább, transzkripciós szempontból megengedőbb kromatin-konformációt eredményez. A HDAC enzimek eltávolítják az acetilcsoportokat a hisztonokról, ami egy tömörebb, transzkripcionálisan represszív kromatin állapotot eredményez.
Az eddig azonosított 18 emlős HDAC enzim két különböző csoportba sorolható. A III. osztályú HDAC enzimek, amelyek közé a sirtuinok 1-7 tartoznak, nikotinamid-adenin-dinukleotidot (NAD+) igényelnek a lizinmaradványok deacetilálásához . Ezeket számos betegséggel és az öregedés folyamatával hozták összefüggésbe . A fennmaradó 11 enzim jellemzően a klasszikus HDAC enzimek néven ismert, és e cikk további részében ezekre fogunk összpontosítani. Az 1990-es években az első humán HDAC-ok kezdeti klónozását és jellemzését követően az enzimek működése és farmakológiai manipulációja iránti intenzív érdeklődés gyorsan megnőtt. A klasszikus HDAC enzimek különböző izoformái kiterjedt filogenetikai elemzésen estek át, és három különböző osztályba sorolhatók (1. ábra) . Az 1. osztályba tartozó HDAC1, 2, 3 és 8 enzimek, amelyek hasonlóságot mutatnak az élesztő RDP3 transzkripciós szabályozójával, elsősorban a sejtmagban lokalizálódnak. Ubiquitikusan expresszálódnak, és fontos funkcionális szerepük van a sejtek proliferációjának és túlélésének szabályozásában . Ezzel szemben a II. osztályú HDAC enzimek, amelyek homológiája megegyezik az élesztő Hda1-gyel, a citoplazma és a sejtmag között ingáznak, és korlátozottabb szövetspecifikus expressziós mintázattal és szabályozó funkciókkal rendelkeznek. A II. osztályú enzimeket tovább osztják IIa osztályra (HDAC4, 5, 7 és 9; a sejtmag és a citoplazma között ingáznak) és IIb osztályra (HDAC6 és 10; főként citoplazma) . A HDAC enzimek különböző izoformáinak funkcióit a közelmúltban áttekintették . Különösen érdekes a HDAC6, egy fő citoplazmatikus deacetiláz, amelyet viszonylag jól jellemeztek, legalábbis részben a tubacinnal, egy specifikus inhibitorral végzett munka miatt. A HDAC6 számos nemhisztonfehérje célpontját azonosították, beleértve az α-tubulint, a koraktint, más chaperonokat és a peroxiredoxinokat . A sejtek proliferációjában és túlélésében betöltött fontos szerepe a HDAC6-ot a rákterápia fontos célpontjává tette. A legújabb eredmények a specifikus HDAC6 inhibitor tubacin és a hagyományos kemoterápiás szerek kombinált citotoxikus és apoptotikus hatását jelezték a rákos sejtekben, de nem a normál sejtekben . Továbbá kimutatták, hogy a HDAC6 fontos célpontja a központi idegrendszeri sérülést követő védelemnek és regenerációnak . A HDAC11 a IV. osztály egyetlen tagja, amely mind az I., mind a II. osztályú enzimekkel hasonlóságot mutat. A legújabb bizonyítékok arra utalnak, hogy a HDAC11 immunmoduláló szerepet tölt be .
Evolúciós kapcsolat a klasszikus hiszton-deacetiláz enzimek (HDAC-ok) között . A HDAC szupercsalád az élesztőre jellemző szekvencia-homológiájuk alapján evolúciósan elkülönülő csoportokat alkot. Az I. osztályba tartozó enzimek hasonlóságot mutatnak az élesztővel, a redukált káliumfüggőség-3 (Rpd3) enzimmel, és a HDAC1, 2, 3 és 8 enzimekből állnak. Az Rpd3 leginkább a HDAC1 és a HDAC2 homológja. A II. osztályú HDAC-ok homológiája megegyezik az élesztő hiszton-deacetiláz-1 (Hda1) homológiájával, és az ebbe az osztályba tartozó enzimek két külön alosztályt alkotnak. A IIa osztályba a HDAC4, 5, 7 és 9; a IIb osztályba a HDAC6 és 10 tartozik. A Hda1 a HDAC6-hoz áll a legközelebbi rokonságban. A filogenetikai fa azt mutatja, hogy a HDAC11 nem rendelkezik elegendő homológiával az I. vagy II. osztályú HDAC-okkal, így a IV. osztályt alkotja, és némi azonosságot mutat az Rpd3-mal és a Hda1-gyel. A HDAC-ok aminosav-szekvencia azonosságának/hasonlóságának százalékos aránya az Rpd3 vagy a Hda1 szekvenciájával zárójelben van feltüntetve, a HDAC11 esetében a Hda1-gyel való szekvenciaazonosság/hasonlóság, az Rpd3-mal pedig zárójelben van megadva. A HDAC-ok konzervált deacetiláz (DAC) doménnel rendelkeznek, amelynek C- és N-terminális végét fekete vonalak jelölik. A nukleáris lokalizációs jelek, a myocyta enhancer factor-2- (MEF2-) kötő domének és a 14-3-3 chaperon-kötő motívumok szerin-foszforilációs helyekkel láthatóak. Az egyes HDAC-ok leghosszabb izoformájának aminosavmaradványainak száma a jobb oldalon látható, zárójelben pedig az egyes HDAC-ok kromoszómális helye. H. sapiens: Homo sapiens; S. cerevisiae: Saccharomyces cerevisiae; SE14: Ser-Glu-tartalmú tetradecapeptid ismétlődések; ZnF: ubikvitin-kötő cink-ujj domén. Adaptálva a .
2. Hiszton-deacetiláz gátlók
A vegyületek több különböző szerkezeti csoportjáról ismert, hogy HDAC gátló hatással rendelkeznek. A legszélesebb körben vizsgált HDAC-inhibitor a prototípusos hidroxámsav, a trichostatin A . A trichostatin A egy erős gombaellenes antibiotikum, amelyet a Streptomyces hygroscopicus egyik metabolitjából izoláltak . Erős, széles spektrumú HDAC-gátló, amelynek sejtmentes tesztjei viszonylag nagy affinitást mutatnak az I., II. és IV. osztályú enzimek mindegyikéhez. Egy másik példa a hidroxámsavra a klinikailag elérhető szuberoilánilid-hidroxámsav (SAHA, Vorinostat, Zolinza) . A trichostatin A-hoz hasonlóan a SAHA is hatékony, széles spektrumú HDAC-gátló. Erős rákellenes hatásai és kedvező terápiás ablakai miatt a SAHA-t az USA Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatala (FDA) 2006-ban engedélyezte az előrehaladott bőr T-sejtes limfóma (CTCL) kezelésére. A jelenleg klinikai vizsgálatokban lévő egyéb hidroxámsavak közé tartozik a belinosztát (PXD101), a panobinosztát (LBH589) és a givinosztát (ITF-2357) . Ez a vegyületcsoport a nanomoláris és az alacsony mikromoláris tartományban rendelkezik HDAC-gátló aktivitással .
A ciklikus peptidek, amelyek közé tartozik a trapoxin és a depsipeptid, szintén erős HDAC-gátlók. A depsipeptidet (Romidepsin, Istodax) 2009-ben az FDA is engedélyezte a CTCL kezelésére . Hasonlóképpen, a benzamidok, köztük az entinosztát (MS-275, SNDX 275) és az MGCD0103 erős HDAC-gátlók, amelyek aktivitása az alacsony mikromoláris tartományban van . A HDAC-gátlók legkevésbé hatékony osztálya az alifás savak, amelyek aktivitása a millimoláris tartományban van . Ebbe a csoportba tartozik a valproinsav, egy olyan vegyület, amelyet a klinikumban széles körben alkalmaznak antiepileptikumként . A hiszton-deacetiláz-gátlók rákellenes hatásainak kiemelésére egy másik alifás sav, a nátrium-butirát példáját használtuk (2. ábra).
A hiszton-deacetiláz (HDAC) inhibitorok biológiai hatásainak áttekintése malignus és transzformált sejtekben, a nátrium-butirát (NaB) példáján keresztül. (a) A HDAC-gátlók rákterápiában rejlő klinikai potenciálját jelentő molekuláris útvonalak egyszerűsített sematikus ábrázolása. A hisztonok acetilációs állapotát a hiszton acetiltranszferázok (HAT-ok) és a HDAC-ok ellentétes hatásai szabályozzák. A HDAC-gátlók rákellenes hatásokat közvetítenek a hiszton-hiperacetiláció által közvetített változásokon (Δ) keresztül bizonyos gének expressziójában és számos kulcsfontosságú intracelluláris nem hiszton fehérjével, köztük az α-tubulinnal, a 90-es hősokkfehérjével és a Ku70-zel való közvetlen kölcsönhatás révén. A HDAC-gátlók a gének 2-20%-ának transzkripciós aktivációját és represszióját eredményezik; ezek közül néhány a differenciálódással, a sejtciklus leállásával, az apoptózissal, a növekedés gátlásával és a sejthalállal, valamint a rákos sejtek migrációjának, inváziójának és angiogenezisének gátlásával függ össze. (b) A nátrium-butirát (NaB) biológiai hatásai rákos és normál sejtekben. (i) A nátrium-butirát a hisztonok hiperacetilációját okozza a H9c2 szívizomsejtekben. A sejteket 10 nM all-trans-retinsavval differenciáltuk 7 napig alacsony szérumtartalmú közegben, mielőtt 24 órás inkubációt végeztünk 2 és 5 mM nátrium-butiráttal. A teljes sejtlizátumokat immunoblotoltuk az acetilált H3 hisztonra, a nem módosított H3 hisztont pedig betöltési kontrollként használtuk. (ii) A nátrium-butirát csökkent sejtéletképességet okoz a K562 humán eritroleukémiás sejtekben és a H9c2 szívizomsejtekben. A sejteket a jelzett koncentrációjú nátrium-butiráttal kezeltük 24 órán keresztül, majd a sejtek relatív életképességét a Cell Titer blue (Promega) assay kit segítségével mértük. (iii) A nátrium-butirát apoptózist indukál a K562 sejtekben. A sejteket 10 mM nátrium-butiráttal kezeltük 24 órán keresztül, és a kaszpáz 3/7 aktivitást az Apo-ONE Homogeneous (Promega) assay kit segítségével mértük. (iv) A nátrium-butirát hatására a K562 sejtek a sejtciklus G1 fázisában megállnak. A kezeletlen sejteket (fent) és az 5 mM nátrium-butiráttal 24 órán keresztül kezelt sejteket (lent) propídium-jodiddal festettük, és a sejtciklus eloszlását áramlási citometriával vizsgáltuk.
Röviden, a HDAC-gátlók hiperacetilezett hisztonok felhalmozódását eredményezik, és a rosszindulatú sejtvonalakban a gének körülbelül 2-20%-ának expresszióját megváltoztatják . Összességében kimutatták, hogy a HDAC-inhibitorok csökkentik a sejtek proliferációját, sejtpusztulást, apoptózist és differenciálódást indukálnak, sejtciklus-megállást okoznak (G1 alacsonyabb koncentrációban és G1 és G2/M egyaránt viszonylag magas koncentrációban), és csökkentik a migrációt, inváziót és angiogenezist rosszindulatú és transzformált sejtvonalakban . A HDAC-gátlók hatása sokkal kevésbé kifejezett, legalább 10-szeres mértékben, a normális sejtekben, ami megalapozza klinikai hasznosságukat a rákban . A HDAC-gátlók terápiás indexének potenciális javítására a rákterápiában osztályszelektív vagy izoforma-specifikus vegyületeket javasoltak. Ebben az összefüggésben az izoforma-specifikus tubacin és a PC-34051, amelyek szelektíven gátolják a HDAC6-ot, illetve a HDA8-at, példaként említhetők. Mindkét vegyületről nemrégiben kimutatták, hogy rákellenes hatással rendelkezik. A szelektivitás kérdése azonban továbbra is ellentmondásos, és vannak olyan érvek, amelyek szerint a széles spektrumú HDAC-gátlók pleiotróp hatásai, amelyek általában jól tolerálhatók, előnyösek lehetnek a rákterápia szempontjából, tekintettel a rosszindulatú sejtek heterogenitására és alkalmazkodóképességére. Általánosan elfogadott azonban, hogy a szelektív vegyületek valószínűleg előnyösebbek lesznek a HDAC-gátlók nem onkológiai alkalmazásaiban, amelyek közé potenciálisan a szívhipertrófia, az asztma és a különböző neurodegeneratív rendellenességek kezelése tartozik.
3. Kombinatorikus terápiák hiszton-deacetiláz-gátlókkal
Bár önmagukban is rendelkeznek rákellenes hatással, széles körben elfogadott, hogy a HDAC-gátlók akkor lesznek a leghatékonyabbak, ha más rákellenes módszerekkel kombinálva alkalmazzák őket. Számos kombináció létezik, amelyek jelenleg preklinikai és klinikai értékelés alatt állnak. Ezek közé tartoznak a metiltranszferáz-gátlókkal, például az azacitidinnel, a receptor-közvetített citotoxikus szerekkel, például a retinsavval és a fényterápiával való kombinációk. Az előnyök és a lehetséges komplexitások kiemelése érdekében itt a HDAC-gátlóknak a hagyományos antraciklin kemoterápiákkal és sugárterápiával való kombinációira összpontosítunk (3. ábra).
(a)
(b)
(a)
(b)
Molekuláris útvonalak, amelyek a HDAC-gátlók kemoterápiás szerekkel vagy sugárzással való kombinációinak additív és/vagy szinergista hatásait magyarázzák. (a) Egyszerűsített sematikus ábrázolás. A HDAC-gátlók és kemoterapeutikumok kombinációinak alkalmazásával járó additív és/vagy szinergista citotoxikus hatások a kromatin konformációjában önmagában bekövetkező, hiszton-acetiláció által közvetített változások eredménye lehet (különösen azokban az esetekben, amikor DNS-célzó gyógyszerekkel, például a DNS-hez való hozzáférhetőséget igénylő antraciklinekkel való kombinációkat alkalmaznak). Hasonlóképpen, a HDAC-gátlók fokozhatják az ionizáló és az ultraibolya (UV) sugárzás citotoxikus hatását azáltal, hogy növelik a DNS károsodáshoz való hozzáférhetőségét. Egy további mechanizmus a HDACi-mediált génátírás szabályozását foglalja magában – különösen a Ku70, Ku86, DNS-PKcs és Rad51 gének csökkent expresszióját, amelyek a kettősszál-törés javítási útvonalak kulcsfontosságú összetevői. Paradox módon a HDAC-gátlókról kimutatták, hogy in vivo védelmet nyújtanak az ionizáló sugárzás hatásaival szemben azáltal, hogy csökkentik a gyulladásos citokinek, például a tumor nekrózis faktor, a TNF-α és a fibrogén növekedési faktorok, például a TGF-β1 és TGF-β2 expresszióját. (b) A trichostatin A (TSA) fokozza a DNS-célzott fototerápiás szerek (UVASens), ionizáló sugárzás és kemoterápiás szerek által kiváltott DNS-károsodást. Az ábrázolt példában a DNS kettősszál-törés kialakulását a γH2AX fókuszok festésével értékeltük. A sejteket 1 μM TSA-val kezeltük 24 órán keresztül, mielőtt egy órán keresztül 0,1 μM UVASenssel inkubáltuk volna őket. Ezután a sejteket 10 J/m2 UVA-val besugároztuk, és további egy órán át inkubáltuk, mielőtt γH2AX-festést végeztünk. A megfelelő 10 J/m2 és csak UVASens kontrollok szintén ábrázolva vannak. Külön kísérletekben a sejteket 1 μM TSA-val kezeltük 24 órán keresztül a 2 Gy (137Cs) sugárzás előtt. A sejteket egy órával a besugárzás után γH2AX fókuszokra festettük. Más kísérletekben a sejteket 1 μM TSA-val kezelték 24 órán keresztül, mielőtt egy órán át 1 μM doxorubicinnel inkubálták volna őket. A sejteket mostuk és további 24 órán át inkubáltuk a γH2AX festés előtt.
A daunomicin és szerkezeti analógja, a doxorubicin által tipizált antraciklinek több mint 50 éves klinikai múlttal rendelkező, első vonalbeli rák kemoterápiás szerek . Ezek jól ismert DNS-interkalátorok és topoizomeráz II enzim gátlók. Az antraciklinek hatásmechanizmusa magában foglalja az RNS-szintézis gátlását, a reaktív oxigénfajok keletkezését és a DNS-elváltozások felhalmozódását, beleértve a különösen halálos DNS-kettősszál-töréseket . Számos vizsgálat kimutatta, hogy a HDAC-inhibitorok erősíthetik az antraciklinek citotoxikus hatását. Például kimutatták, hogy a trichostatin A fokozza a doxorubicin által kiváltott apoptózist és sejthalált humán eritroleukémiás K562 sejtekben, anaplasztikus pajzsmirigy karcinómában és A549 alveoláris adenokarcinóma sejtekben . Hasonlóképpen kimutatták, hogy a SAHA és a valproinsav fokozza a rosszindulatú sejtek érzékenységét a doxorubicin hatásaira . A HDAC-gátlók hiszton-hiperacetilációt indukálnak, ami nyitottabb, transzkripciós szempontból megengedőbb kromatin-konformációt eredményez, és ezt a jelenséget MNase-emésztési vizsgálatokkal igazolták . Ezenkívül kimutatták, hogy a HDAC-gátlók növelik az acetilált kromatinban a kötőhelyek számát és e helyek antraciklinekhez való affinitását . Ezért feltételezhető, hogy a HDAC-inhibitorok legalább részben a kromatinarchitektúra megváltoztatásával fokozhatják az antraciklinek által kiváltott sejthalált. Azonban a HDAC-gátlók által közvetített génexpressziós változások és a nem hiszton-szubsztrátok funkciójának megváltozása is szerepet játszik, amint arra az izoforma-szelektív inhibitorokkal végzett vizsgálatok rávilágítottak .
Az additív és/vagy szinergista citotoxikus hatás adja az alapját a hiszton-deacetiláz-gátlók és antraciklinek kombinációit különböző malignitásokban alkalmazó klinikai vizsgálatoknak . Ugyanakkor lehetséges szövődményeket is azonosítottak. Például kimutatták, hogy a depsipeptid felszabályozza az MDR1 gént a leukémiás sejtekben, ami a doxorubicinnel szembeni rezisztenciát eredményezi . Az MDR1 kódolt, P-glikoprotein pumpa expressziója közismerten multidrog-rezisztenciát eredményez, ami az onkológia egyik fő klinikai problémája, és további vizsgálatok jelezték az MDR1 gén malignus sejtekben történő repressziójának különböző HDAC-gátlókkal történő visszafordításának lehetőségét . Ezzel szemben más, újabb vizsgálatok azt jelezték, hogy a HDAC-gátlók elnyomhatják az ABC-transzporterek expresszióját, kiemelve, hogy ez a kérdés további tisztázást igényel .
A HDAC-gátlók alkalmazásának másik lehetséges szövődménye a szívtoxicitás. Vizsgálatok kimutatták, hogy a széles spektrumú HDAC-gátlók önmagukban kardiotoxikus aktivitással rendelkezhetnek . További vizsgálatok kimutatták, hogy a HDAC-inhibitorokkal történő előkezelés sejtkultúrás rendszerekben fokozza a doxorubicin DNS-károsító és citotoxikus hatását . Jól ismert, hogy az antraciklinek dózist korlátozó mellékhatása az irreverzibilis szívtoxicitás, amely a reaktív oxigénfajok, köztük a káros hidroxilgyökök és a hidrogén-peroxid keletkezésének köszönhető. A kardiomiociták különösen érzékenyek, mivel más sejttípusokhoz képest viszonylag alacsony a szuperoxid-anion és a hidrogén-peroxid méregtelenítő enzimek szintje . A hipertrófiás reakciókat és a DNS kettősszál-törések indukcióját végpontként használó vizsgálatok azt mutatták, hogy a széles spektrumú HDAC-gátlók, a trichostatin A, a valproinsav és a nátrium-butirát fokozzák a doxorubicin hatását . Hasonlóképpen, az in vivo vizsgálatok rávilágítanak a HDAC-gátlók szívbeli biológiájával kapcsolatos ellentmondásokra. A legújabb eredmények például azt mutatják, hogy a Trichostatin A és a valproinsav védelmet nyújt a terhelés és agonista által kiváltott szívhipertrófiával szemben in vivo . Ezzel ellentétes eredmények azonban azt mutatják, hogy a Trichostatin A rontja a pulmonális artéria szalagozásával kiváltott jobb kamrai diszfunkciót patkányokban . Tekintettel ezekre a lehetséges szövődményekre, a szelektívebb vagy izoforma-specifikusabb HDAC-gátlók és a hagyományos terápiák kombinatorikus hatásai terápiás előnyt jelenthetnek. Ebben az összefüggésben egy nemrégiben végzett vizsgálat megállapította, hogy a HDAC6-szelektív vegyület, a tubacin, erősíti a doxorubicin és az etopozid hatását transzformált sejtvonalakban . További értékelések várhatóak ebben az irányban.
4. A hiszton-deacetiláz-gátlók és a sugárterápia kombinációja
Korábbi vizsgálatok azt mutatták, hogy a rövid szénláncú zsírsav, a nátrium-butirát, potenciálja a vastagbél- és orrgaratráksejteket az ionizáló sugárzás citotoxikus hatásaira . Bár a hatás leírására szokatlan mechanizmust használtak, egy további vizsgálat azt mutatta, hogy a prototípusos HDAC-gátló, a trichostatin A is fokozza a rosszindulatú sejtek sugárérzékenységét . További vizsgálatok megerősítették ezeket az eredményeket, jelezve, hogy gyakorlatilag minden széles spektrumú HDAC-inhibitor, beleértve a trichostatin A-t, SAHA-t, depsipeptidet, nátrium-butirátot, fenilbutirátot, tributirint és valproinsavat, fokozza a sugárzás által kiváltott sejthalált a rosszindulatú sejtekben . A HDAC-gátló viszonylag magas koncentrációinál ~2-es dózismódosítási faktorokat (a HDAC-gátlóval kezelt és nem kezelt sejtek azonos szintű túlélést eredményező sugárzási dózisainak aránya) figyeltek meg . E magasabb koncentrációknál a sejtciklus megállítása (G1 és G2), a DNS-szintézis gátlása és az apoptózis indukciója a HDAC-inhibitorok által feltételezhetően a sugárzásérzékenyítő hatásért felelős . Viszonylag alacsonyabb HDAC-inhibitor-koncentrációknál is megfigyelhető sugárzásérzékenyítő hatás. Számos tanulmány összefüggést állapított meg a HDAC-gátlás és a DNS-károsodásra adott válaszként a jelkaszkádokban részt vevő fehérjék között . Összefoglalva, a HDAC-gátlók sugárzásérzékenyítő hatása a következő mechanizmusokat foglalhatja magában. Először is, a hiszton hiperacetiláció megváltoztatja a kromatin architektúráját, ami egy nyitottabb kromatin megerősítést eredményez, amely érzékenyebb lehet a kezdeti sugárzás indukálta DNS-károsodásra. Továbbá a HDAC-inhibitorok kölcsönhatásba léphetnek a DNS-károsodásra adott válaszútvonalakban részt vevő kulcsfontosságú jelátviteli fehérjékkel. Végül a HDAC-inhibitorokról kimutatták, hogy szabályozzák a DNS kettős szálszakadás javítási útvonalában részt vevő gének transzkripcióját. Kimutatták például, hogy a SAHA-val történő előkezelés mérsékli a Rad51 és a DNA-PKcs DNS-javító fehérjék sugárzás által kiváltott növekedését. Hasonlóképpen kimutatták, hogy a nátrium-butirát csökkenti a Ku70, Ku86 és a DNA-PKcs DNS-javító fehérjék expresszióját melanoma-sejtvonalakban . Ezenkívül bleomicin, doxorubicin és etopozid alkalmazásával DNS kettősszál-töréseket indukáltak a γH2AX fókuszok felhalmozódásával értékelve, és kimutatták, hogy a hiszton-deacetiláz inhibitorok a Ku70 acetilációt célozzák, ami szenzitizációt eredményez .
A sugárterápiával való kombinációk összefüggésében fontos a valproinsav, amelynek hosszú klinikai múltja van az epilepszia kezelésében . Preklinikai vizsgálatok azt mutatták, hogy a HDAC-gátló mind in vitro, mind in vivo érzékenyíti a humán glióma-sejtvonalakat az ionizáló sugárzás (röntgensugárzás) hatásaira . Amint azt a közelmúltban áttekintették, a valproinsavat a glioblastoma multiforme lehetséges kezelésére a temozolomid alkiláló szerrel és sugárzással kombinálták. A stratégiát jelenleg egy II. fázisú klinikai vizsgálatban értékelik .
5. A hiszton-deacetiláz-gátlók sugárvédő hatása
Paradox módon az újonnan megjelenő bizonyítékok arra utalnak, hogy a HDAC-gátlók sugárvédő hatással rendelkeznek. Korai vizsgálatok azt mutatták, hogy a fenilbutiráttal történő előkezelés szerény sugárvédő hatást fejt ki humán normál és rákos sejtekben . További vizsgálatok azt mutatták, hogy a fenilbutirát in vivo véd a kután sugárzási szindrómától . A HDAC-gátlók sugárvédő tulajdonságai feltehetően a gyulladásos citokinek (pl. interleukin- (IL-) 1, IL-8, tumor nekrózis faktor- (TNF-) α) és fibrogén növekedési faktorok (pl. transzformáló növekedési faktor- (TGF-) β) elnyomását foglalják magukban. Ezekről ismert, hogy részt vesznek a sugárzásra adott gyulladásos válaszban, és különösen a TNF-α és a TGF-β hosszan tartó szekréciója a hám-, endotél- és kötőszöveti sejtekből szerepet játszik a kután sugárzási szindrómában . A fenilbutirát mellett a széles spektrumú HDAC-gátlókról, a trichostatin A-ról és a valproinsavról kimutatták, hogy egerekben védelmet nyújtanak a sugárzás okozta bőrsérüléssel és a sugárzás okozta letalitással szemben . Ezek a hatások a TNF-α, TGF-β1 és TGF-β2 expressziójának csökkenésével is összefüggésbe hozhatók . A fenilbutiráttal végzett további ilyen irányú kutatások azt mutatták, hogy a HDAC-gátló képes megvédeni az egereket az akut γ-sugárzás okozta letalitással szemben. A hatások a DNS-károsodás és az apoptózis mérséklésével korreláltak . Érdekes módon a fenilbutirát profilaktikus és sugárzás utáni adagolása sugárvédelmet biztosított, ami érdekes potenciális klinikai alkalmazásokat jelent. A profilaxis a besugárzás előtti sugárterápia, a besugárzás utáni adagolás pedig a véletlen sugárterhelés esetén lenne megfelelő.
6. Következtetések
AHDAC-gátlók a rákellenes terápiák fontos új osztályaként jelentek meg. Bár önmagukban is erős citotoxikus és apoptotikus hatással rendelkeznek, várhatóan akkor lesznek a leghasznosabbak, ha más rákellenes módszerekkel kombinálva alkalmazzák őket. Ezt tükrözi a jelenlegi klinikai vizsgálatok többsége, amelyek túlnyomórészt a HDAC-gátlók hagyományos kemoterápiákkal és sugárterápiával való kombinációját tartalmazzák. Továbbra is fontos kérdés a területen, hogy az osztályszelektív vagy izoforma-specifikus vegyületek nagyobb terápiás hatékonysággal rendelkeznek-e majd, mint a klasszikus, széles spektrumú HDAC-gátlók. A széles spektrumú HDAC-gátlók pleiotróp rákellenes hatásokkal rendelkeznek, és ez előnyös lehet a rosszindulatú sejtek heterogenitása és alkalmazkodóképessége miatt. Másrészt az osztály- vagy izoforma-szelektív vegyületek nagyobb terápiás ablakot kínálhatnak, csökkentett célponton kívüli hatásokkal. Jelenleg intenzív kutatási erőfeszítések folynak a HDAC enzimek működésének további megértésére, és egyre több specifikusabb vegyület áll rendelkezésre. Ezért várható, hogy a szelektivitás kérdése tisztázódik, ami talán további lehetőségeket nyit meg a vegyületek ezen osztályának klinikai transzlációja előtt.”
Érdekellentét
Mind K. Ververis, mind T. C. Karagiannis kijelentik, hogy nem állnak közvetlen pénzügyi kapcsolatban az ebben a tanulmányban említett kereskedelmi személyekkel, ami összeférhetetlenséget okozhatna.
Megköszönések
Az Australian Institute of Nuclear Science and Engineering támogatását köszönjük. T. C. Karagiannis az AINSE díjazottja volt. Az Epigenomic Medicine Laboratory-t az ausztrál Nemzeti Egészségügyi és Orvosi Kutatási Tanács támogatja. K. Ververist a Baker IDI posztgraduális ösztöndíja támogatja. Ezt a tanulmányt részben a viktoriánus kormány Operational Infrastructure Support Programja támogatta. A szerzők szeretnék megköszönni a Monash Micro Imaging által az AMREP-ben biztosított létesítmények használatát, és különösen Dr. Stephen Cody és Iśka Carmichael szakértői segítségét.
Leave a Reply