Overzicht van de klassieke Histone Deacetylase Enzymen en Histone Deacetylase Inhibitors
Abstract
De belangrijke rol van histone deacetylase enzymen bij de regulering van genexpressie, celproliferatie en overleving heeft hen tot aantrekkelijke doelwitten gemaakt voor de ontwikkeling van histone deacetylase inhibitoren als antikankermedicijnen. Suberoylanilide hydroxaminezuur (Vorinostat, Zolinza), een structureel analoog van het prototypische trichostatine A, werd in 2006 door de Amerikaanse Food and Drug Administration goedgekeurd voor de behandeling van gevorderd cutaan T-cel lymfoom. Dit werd gevolgd door de goedkeuring van het cyclische peptide, depsipeptide (Romidepsin, Istodax) voor dezelfde ziekte in 2009. Momenteel worden talrijke histon deacetylase remmers preklinisch en klinisch onderzocht voor de behandeling van hematologische en vaste maligniteiten. De meeste van deze studies zijn gericht op combinaties van histon deacetylase remmers met andere therapeutische modaliteiten, met name conventionele chemotherapeutica en radiotherapie. Het doel van dit artikel is een overzicht te geven van de klassieke histon deacetylase enzymen en histon deacetylase remmers met de nadruk op potentiële combinatie therapieën.
1. Inleiding
Chromatine is een dynamische structuur die, via talrijke mechanismen waaronder DNA-methylering en posttranslationele histonmodificaties, remodellering ondergaat om metabolische processen waaronder transcriptie, replicatie en reparatie te vergemakkelijken. Een van de goed onderzochte posttranslationele histonmodificaties is acetylering, die voor het eerst werd gedefinieerd in de jaren 1960. Histonacetylering wordt gecontroleerd door de tegengestelde acties van twee groepen enzymen, namelijk, histonacetyltransferasen (HAT’s) en histon deacetylasen (HDAC’s) . HAT’s katalyseren de overdracht van het acetylgedeelte van het substraat acetyl-coA aan de ε-amino groep van lysine residuen op histon-eiwitten. Dit neutraliseert de positieve lading van histonen, waardoor hun interactie met het negatief geladen DNA wordt verzwakt. Dit resulteert in een meer ontspannen, transcriptioneel permissieve chromatineconformatie. HDAC-enzymen verwijderen acetylgroepen van histonen, wat resulteert in een meer gecondenseerde, transcriptioneel repressieve chromatinetoestand.
De 18 HDAC-enzymen van zoogdieren die tot op heden zijn geïdentificeerd, worden in twee verschillende groepen ingedeeld. De klasse III HDAC-enzymen, waartoe de sirtuïnes 1-7 behoren, hebben nicotinezuuramide-adenine-dinucleotide (NAD+) nodig om lysineresiduen te deacetyleren. Deze zijn in verband gebracht met talrijke ziekten en met het verouderingsproces. De overige 11 enzymen staan bekend als de klassieke HDAC enzymen en zullen in het vervolg van dit artikel centraal staan. Een intense belangstelling voor de functie en farmacologische manipulatie van deze enzymen volgde snel na de eerste klonering en karakterisering van de eerste menselijke HDAC’s in de jaren negentig . De verschillende isovormen van de klassieke HDAC enzymen hebben een uitgebreide fylogenetische analyse ondergaan en zijn gegroepeerd in drie verschillende klassen (Figuur 1) . Klasse 1 enzymen, bestaande uit HDAC1, 2, 3 en 8, die overeenkomsten vertonen met de transcriptieregelaar RDP3 in gist, zijn voornamelijk gelokaliseerd in de celkern. Zij komen overal tot expressie en spelen een belangrijke functionele rol bij de regulering van celproliferatie en -overleving. Klasse II HDAC enzymen daarentegen, die homologie delen met Hda1 uit gist, pendelen tussen het cytoplasma en de celkern, en zij hebben meer beperkte weefselspecifieke expressiepatronen en regulerende functies. De klasse II-enzymen worden verder onderverdeeld in klasse IIa (HDAC4, 5, 7 en 9; pendelen tussen kern en cytoplasma) en klasse IIb (HDAC6 en 10; voornamelijk cytoplasmatisch). De functies van de verschillende isovormen van HDAC-enzymen zijn onlangs besproken. Van bijzonder belang is HDAC6, een belangrijk cytoplasmatisch deacetylase dat relatief goed gekarakteriseerd is, althans gedeeltelijk, door het werk met tubacin, een specifieke remmer . Er zijn talrijke niet-histonische eiwitdoelen voor HDAC6 geïdentificeerd, waaronder α-tubuline, cortactine, andere chaperones, en peroxiredoxines. Een belangrijke rol in de proliferatie en overleving van cellen heeft van HDAC6 een belangrijk doelwit voor kankertherapie gemaakt. Recente bevindingen hebben de gecombineerde cytotoxische en apoptotische effecten aangetoond van de specifieke HDAC6 remmer tubacin met conventionele chemotherapeutische middelen in kanker maar niet in normale cellen. Voorts is aangetoond dat HDAC6 een belangrijk doelwit is voor bescherming en regeneratie na beschadiging van het centrale zenuwstelsel. HDAC11 is het enige lid van klasse IV dat overeenkomsten vertoont met enzymen van zowel klasse I als klasse II. Recente gegevens wijzen erop dat HDAC11 een immunomodulerende rol vervult.
Evolutionaire relatie tussen de klassieke histon deacetylase enzymen (HDAC’s). De HDAC-superfamilie vormt evolutionair gezien verschillende groepen op basis van hun sequentiehomologie met gist. De klasse I-enzymen vertonen overeenkomsten met de gist, reduced potassium dependency-3 (Rpd3), en bestaan uit HDAC1, 2, 3 en 8. Rpd3 is het meest homoloog met HDAC1 en HDAC2. De HDAC’s van klasse II vertonen homologie met histon deacetylase-1 (Hda1) uit gist, en de enzymen in deze klasse vormen twee afzonderlijke subklassen. Klasse IIa bestaat uit HDAC4, 5, 7 en 9; klasse IIb uit HDAC6 en 10. Hda1 is het nauwst verwant met HDAC6. De fylogenetische boom laat zien dat HDAC11 niet genoeg homologie deelt met klasse I of klasse II HDAC’s en daarom klasse IV vormt en enige identiteit deelt met zowel Rpd3 als Hda1. Tussen haakjes staat het percentage van de HDAC-sequentie-identiteit/gelijkenis met die van Rpd3 of Hda1; voor HDAC11 is de sequentie-identiteit/gelijkenis met Hda1 weergegeven en met Rpd3 staat tussen haakjes. De HDAC’s hebben een geconserveerd deacetylase (DAC) domein met de C- en N-terminale staarten weergegeven als zwarte lijnen. Nucleaire lokalisatiesignalen, de myocyte enhancer factor-2- (MEF2-) bindingsdomeinen, en de 14-3-3 chaperon-bindende motieven met serine fosforyleringsplaatsen zijn weergegeven. Het aantal aminozuurresiduen van de langste isovorm van elke HDAC wordt rechts getoond, en de chromosomale plaats van elke HDAC wordt tussen haakjes getoond. H. sapiens: Homo sapiens; S. cerevisiae: Saccharomyces cerevisiae; SE14: Ser-Glu-bevattende tetradecapeptide herhalingen; ZnF: ubiquitine-bindend zinkvingerdomein. Aangepast van .
2. Histon Deacetylase Inhibitors
Verschillende structuurgroepen van verbindingen zijn bekend met HDAC-remmende activiteit. De meest onderzochte HDAC remmer is het prototypische hydroxaminezuur, Trichostatine A . Trichostatine A is een krachtig antischimmelantibioticum dat werd geïsoleerd uit een metaboliet van Streptomyces hygroscopicus . Het is een krachtige breedspectrum HDAC-remmer met celvrije tests die wijzen op een relatief hoge affiniteit voor alle klasse I, II en IV enzymen. Een ander voorbeeld van een hydroxamine is het klinisch beschikbare suberoylanilide hydroxaminezuur (SAHA, Vorinostat, Zolinza) . Evenals trichostatine A is SAHA een krachtige HDAC-remmer met een breed spectrum. Gezien de krachtige antikankereffecten en het gunstige therapeutische venster, werd SAHA in 2006 door de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA) goedgekeurd voor de behandeling van gevorderd cutaan T-cellymfoom (CTCL). Andere hydroxaminezuren die momenteel klinisch worden onderzocht zijn belinostat (PXD101), panobinostat (LBH589), en givinostat (ITF-2357) . Deze klasse van verbindingen bezit HDAC-remmingsactiviteit in het nanomolaire tot lage micromolaire bereik.
De cyclische peptiden, waaronder trapoxine en depsipeptide, zijn eveneens krachtige HDAC-remmers. Depsipeptide (Romidepsin, Istodax) is in 2009 ook door de FDA goedgekeurd voor de behandeling van CTCL. Ook de benzamiden, waaronder entinostat (MS-275, SNDX 275) en MGCD0103, zijn krachtige HDAC-remmers met een activiteit in het lage micromolaire bereik. De minst krachtige klasse van HDAC-remmers wordt gevormd door de alifatische zuren, die een activiteit in het millimolaire bereik bezitten. Tot deze groep behoort valproïnezuur, een verbinding die in de kliniek op grote schaal wordt gebruikt als anti-epilepticum . Wij hebben een ander voorbeeld van een alifatisch zuur, natriumbutyraat, gebruikt om de antikankerwerking van histon deacetylase-remmers te belichten (figuur 2).
Overzicht van de biologische effecten van histon deacetylase (HDAC)-remmers in kwaadaardige en getransformeerde cellen, met natriumbutyraat (NaB) als voorbeeld. (a) Vereenvoudigde schematische voorstelling van de moleculaire routes die verantwoordelijk zijn voor het klinische potentieel van HDAC-remmers bij kankertherapie. De acetylatiestatus van histon-eiwitten wordt gereguleerd door de tegengestelde acties van histon acetyltransferases (HATs) en HDACs. HDAC-remmers bewerkstelligen antikanker effecten door histon-hyperacetylatie-gemedieerde veranderingen (Δ) in de expressie van bepaalde genen en door directe interactie met talrijke belangrijke intracellulaire nonhiston-eiwitten waaronder α-tubuline, heat-shock proteïne 90, en Ku70. HDAC-remmers resulteren in transcriptionele activering en repressie van 2-20% van de genen; sommige daarvan zijn geassocieerd met differentiatie, celcyclusarrest, apoptose, groeiremming en celdood, alsmede met remming van de migratie, invasie en angiogenese van kankercellen. (b) Biologische effecten van natriumbutyraat (NaB) in kankercellen en normale cellen. (i) Natriumbutyraat veroorzaakt hyperacetylering van histon-eiwitten in H9c2 cardiale myocyten. Cellen werden gedifferentieerd met 10 nM all-trans-retinoic acid gedurende 7 dagen in media met een laag serumgehalte, vóór 24-uurs incubatie met 2 en 5 mM natriumbutyraat. Totale cellysaten werden geïmmunobloteerd voor geacetyleerd histon H3, en ongemodificeerd histon H3 werd gebruikt als ladingscontrole. (ii) Natriumbutyraat veroorzaakt een verminderde levensvatbaarheid van de cellen in K562 humane erytroleukemische cellen en H9c2 cardiale myocyten. De cellen werden gedurende 24 uur behandeld met de aangegeven concentraties natriumbutyraat en de relatieve levensvatbaarheid van de cellen werd gemeten met de “Cell Titer Blue” (Promega) assay kit. (iii) Natriumbutyraat induceert apoptose in K562-cellen. De cellen werden gedurende 24 uur behandeld met 10 mM natriumbutyraat, en de caspase 3/7-activiteit werd gemeten met de Apo-ONE Homogeneous (Promega) assaykit. (iv) Natriumbutyraat veroorzaakt arrestatie van K562-cellen in de G1-fase van de celcyclus. Onbehandelde cellen (boven) en cellen behandeld met 5 mM natriumbutyraat (onder) gedurende 24 uur werden gekleurd met propidiumjodide, en de celcyclusverdeling werd onderzocht met flowcytometrie.
Kort samengevat leiden HDAC-remmers tot de accumulatie van gehyperacetyleerde histonen en is aangetoond dat zij de expressie van ongeveer 2-20% van de genen in kwaadaardige cellijnen wijzigen. In het algemeen is aangetoond dat HDAC-remmers de celproliferatie verminderen, celdood, apoptose en differentiatie induceren, arrestatie van de celcyclus veroorzaken (G1 bij lagere concentraties en zowel G1 als G2/M bij relatief hoge concentraties), en migratie, invasie en angiogenese verminderen bij kwaadaardige en getransformeerde cellijnen. De effecten van HDAC-remmers zijn veel minder uitgesproken, met ten minste een factor 10, in normale cellen, hetgeen de basis vormt voor hun klinische bruikbaarheid bij kanker. Om de therapeutische index van HDAC-remmers bij kankertherapie mogelijk te verbeteren, zijn klasse-selectieve of isovorm-specifieke verbindingen gesuggereerd. In deze context zijn de isovormspecifieke verbindingen tubacin en PC-34051, die selectief respectievelijk HDAC6 en HDA8 remmen, voorbeelden. Van beide verbindingen is onlangs aangetoond dat zij kankerbestrijdend werken. De kwestie van selectiviteit blijft echter controversieel, met argumenten die suggereren dat de pleiotrope effecten van breedspectrum-HDAC-remmers, die over het algemeen goed worden verdragen, voordelig kunnen zijn voor kankertherapie, gezien de heterogeniteit en het aanpassingsvermogen van kwaadaardige cellen. Er wordt echter algemeen aangenomen dat selectieve verbindingen waarschijnlijk gunstiger zijn voor niet-oncologische toepassingen van HDAC-remmers, waaronder mogelijk de behandeling van cardiale hypertrofie, astma en verschillende neurodegeneratieve aandoeningen.
3. Combinatietherapieën met Histon Deacetylase Inhibitors
Hoewel ze intrinsieke antikanker effecten bezitten, wordt algemeen aangenomen dat HDAC-remmers het meest effectief zullen zijn wanneer ze worden gebruikt in combinatie met andere kankermodaliteiten. Er zijn talrijke combinaties die momenteel preklinisch en klinisch worden geëvalueerd. Hiertoe behoren combinaties met methyltransferaseremmers zoals azacitidine, receptorgemedieerde cytotoxica zoals retinoïnezuur, en fototherapie. Om de voordelen en mogelijke complexiteiten te benadrukken, zullen we ons hier richten op combinaties van HDAC-remmers met de conventionele anthracycline chemotherapeutica en radiotherapie (figuur 3).
(a)
(b)
(a)
(b)
Moleculaire routes die verantwoordelijk zijn voor de additieve en/of synergistische effecten van combinaties van HDAC-remmers met chemotherapeutica of bestraling. (a) Vereenvoudigde schematische voorstelling. Additieve en/of synergistische cytotoxische effecten bij het gebruik van combinaties van HDAC-remmers en chemotherapeutica kunnen het gevolg zijn van histon-acetyleringsgemedieerde veranderingen in de chromatineconformatie op zich (met name in de gevallen waarin combinaties met DNA-gerichte geneesmiddelen worden gebruikt, zoals anthracyclines, waarvoor toegang tot DNA nodig is). Evenzo kunnen HDAC-remmers de cytotoxische effecten van ioniserende en ultraviolette (UV) straling versterken door de toegankelijkheid van het DNA voor beschadiging te vergroten. Een ander mechanisme is de door HDACi-remmers gemedieerde regulering van de gen-transcriptie, met name de verminderde expressie van genen voor Ku70, Ku86, DNA-PKcs en Rad51, die belangrijke onderdelen zijn van de herstelroutes voor dubbelstrengsbreuken. Paradoxaal genoeg is aangetoond dat HDAC-remmers bescherming bieden tegen de effecten van ioniserende straling in vivo door verlaging van de expressie van ontstekingsbevorderende cytokines zoals tumornecrosefactor, TNF-α, en fibrogene groeifactoren zoals TGF-β1 en TGF-β2. (b) Trichostatine A (TSA) verhoogt de DNA-beschadiging die wordt veroorzaakt door fototherapeutica gericht op DNA (UVASens), ioniserende straling en chemotherapeutische middelen. In het getoonde voorbeeld werd de vorming van dubbelstrengsbreuken in het DNA beoordeeld door γH2AX foci aan te duiden. Cellen werden gedurende 24 uur behandeld met 1 uM TSA, voorafgaand aan een incubatie van één uur met 0,1 uM UVASens. De cellen werden vervolgens bestraald met 10 J/m2 UVA en gedurende nog eens één uur geïncubeerd alvorens te kleuren voor γH2AX. Passende 10 J/m2 en UVASens alleen controles zijn ook afgebeeld. In afzonderlijke experimenten werden cellen behandeld met 1 μM TSA gedurende 24 uur voorafgaand aan bestraling met 2 Gy (137Cs). Cellen werden gekleurd voor γH2AX foci één uur na bestraling. Bij andere experimenten werden de cellen gedurende 24 uur behandeld met 1 μM TSA, voorafgaand aan een incubatie van één uur met 1 μM doxorubicine. De cellen werden gewassen en nog eens 24 uur geïncubeerd voordat ze werden gekleurd voor γH2AX.
De anthracyclinen, gekenmerkt door daunomycine en zijn structurele analoog doxorubicine, zijn eerstelijns chemotherapeutische middelen tegen kanker met een klinische geschiedenis van meer dan 50 jaar. Het zijn bekende DNA-intercalatoren en remmers van het topoisomerase II-enzym. De werkingsmechanismen van anthracyclinen omvatten remming van de RNA-synthese, generatie van reactieve zuurstofspecies en accumulatie van DNA-laesies, waaronder de bijzonder dodelijke DNA-dubbelstrengbreuken. Een groot aantal studies heeft aangetoond dat HDAC-remmers de cytotoxische effecten van anthracyclines kunnen versterken. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat trichostatine A de door doxorubicine geïnduceerde apoptose en celdood versterkt in menselijke erytroleukemische K562-cellen, anaplastisch schildkliercarcinoom en A549 alveolaire adenocarcinomacellen. Evenzo is aangetoond dat SAHA en valproïnezuur de gevoeligheid van kwaadaardige cellen voor de effecten van doxorubicine verhogen. HDAC-remmers induceren histon-hyperacetylering, hetgeen leidt tot een meer open, transcriptioneel tolerante conformatie van het chromatine, een verschijnsel dat is geverifieerd met MNase-tests. Bovendien is aangetoond dat HDAC-remmers het aantal bindingsplaatsen en ook de affiniteit van die plaatsen voor anthracyclines in geacetyleerd chromatine verhogen. Daarom kan worden gespeculeerd dat HDAC-remmers de door anthracyclines geïnduceerde celdood kunnen vergroten, althans gedeeltelijk, door de chromatine-architectuur te veranderen. Echter, door HDAC-remmers gemedieerde veranderingen in genexpressie en verandering van de functie van nonhistone substraten is ook betrokken, zoals blijkt uit studies met isovorm-selectieve remmers.
Het additieve en/of synergistische cytotoxische effect vormt de basis voor de klinische trials waarbij combinaties van histon deacetylase remmers en anthracyclines worden gebruikt voor verschillende maligniteiten. Er zijn echter potentiële complicaties vastgesteld. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat depsipeptide het MDR1-gen in leukemiecellen verhoogt, hetgeen resulteert in resistentie tegen doxorubicine. Het is bekend dat expressie van de door MDR1 gecodeerde P-glycoproteïne pomp leidt tot multidrug resistentie, een belangrijk klinisch probleem in de oncologie, en uit verdere studies is gebleken dat de repressie van het MDR1 gen in kwaadaardige cellen kan worden omgekeerd door een verscheidenheid van HDAC remmers. Daarentegen hebben andere, meer recente studies erop gewezen dat HDAC-remmers de expressie van ABC-transporters kunnen onderdrukken, wat benadrukt dat deze kwestie verder moet worden opgehelderd.
Een andere mogelijke complicatie bij het gebruik van HDAC-remmers is cardiale toxiciteit. Studies hebben aangetoond dat breedspectrum HDAC remmers per se cardiotoxische activiteit kunnen bezitten. Verdere studies hebben aangetoond dat voorbehandeling met HDAC-remmers de DNA-beschadigende en cytotoxische effecten van doxorubicine in celkweeksystemen versterkt. Het is bekend dat de dosisbeperkende bijwerking van anthracyclines de onomkeerbare harttoxiciteit is als gevolg van de generatie van reactieve zuurstofspecies waaronder de schadelijke hydroxylradicalen en waterstofperoxide . Cardiomyocyten zijn bijzonder gevoelig, aangezien zij in vergelijking met andere celtypes relatief lage niveaus van superoxide anionen en waterstofperoxide ontgiftingsenzymen hebben. Onderzoeken waarbij hypertrofische reacties en inductie van DNA dubbelstrengsbreuken als eindpunten werden gebruikt, hebben aangetoond dat het brede spectrum van HDAC-remmers, trichostatine A, valproïnezuur en natriumbutyraat, de effecten van doxorubicine versterken. Ook in vivo studies benadrukken de controverses met betrekking tot de biologie van HDAC remmers in het hart. Recente bevindingen tonen bijvoorbeeld aan dat Trichostatine A en valproïnezuur in vivo bescherming bieden tegen door belasting en agonisten geïnduceerde cardiale hypertrofie. Contrasterende bevindingen tonen echter aan dat Trichostatine A de rechterventrikel disfunctie, geïnduceerd door het afbinden van de longslagaders bij ratten, verergert. Gezien deze mogelijke complicaties kunnen combinatorische effecten van meer selectieve of isovormspecifieke HDAC-remmers met conventionele therapeutica een therapeutisch voordeel bieden. In deze context heeft een recente studie aangetoond dat de HDAC6-selectieve verbinding, tubacin, de effecten van doxorubicine en etoposide in getransformeerde cellijnen versterkt. Verdere evaluaties in deze richting worden verwacht.
4. Combinatie van Histon Deacetylase Inhibitors met Radiotherapie
Eerste studies gaven aan dat het korte-keten vetzuur, natriumbutyraat, dikke darm en nasofaryngeale kankercellen versterkt tegen de cytotoxische effecten van ioniserende straling . Hoewel een ongebruikelijk mechanisme werd gebruikt om het effect te beschrijven, wees een verdere studie uit dat de prototypische HDAC-remmer, Trichostatine A, ook de stralingsgevoeligheid van kwaadaardige cellen verhoogt. Verdere studies hebben deze bevindingen bevestigd door aan te geven dat vrijwel alle HDAC-remmers met een breed spectrum, waaronder Trichostatine A, SAHA, depsipeptide, natriumbutyraat, fenylbutyraat, tributyrine en valproïnezuur, de door bestraling veroorzaakte celdood in kwaadaardige cellen versterken. Bij relatief hoge concentraties van HDAC-remmers zijn dosismodificatiefactoren (verhouding tussen stralingsdoses in met HDAC-remmers behandelde en onbehandelde cellen die hetzelfde overlevingsniveau opleveren) van ~2 waargenomen. Bij deze hogere concentraties wordt gespeculeerd dat celcyclusstilstand (G1 en G2), remming van DNA-synthese en inductie van apoptose door de HDAC-remmers verantwoordelijk zijn voor het stralingsgevoeligheidseffect. Bij relatief lagere concentraties HDAC-remmers wordt ook een stralingssensibiliserend effect waargenomen. In een aantal studies is een verband vastgesteld tussen remming van HDAC en eiwitten die betrokken zijn bij signaalcascades in reactie op DNA-schade. Samenvattend kunnen de stralingssensibiliserende effecten van HDAC-remmers de volgende mechanismen omvatten. Ten eerste verandert histon-hyperacetylering de chromatine-architectuur, wat resulteert in een meer open chromatinebevestiging, die vatbaarder kan zijn voor initiële stralingsgeïnduceerde DNA-schade. Verder kunnen HDAC-remmers interageren met belangrijke signaaltransductie-eiwitten die betrokken zijn bij DNA-schaderesponsroutes. Tenslotte is aangetoond dat HDAC-remmers de transcriptie reguleren van genen die betrokken zijn bij het DNA dubbelstrengsbreukherstelpad. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat voorbehandeling met SAHA de door straling veroorzaakte toename van de DNA-reparatie-eiwitten Rad51 en DNA-PKcs afzwakt. Evenzo is aangetoond dat natriumbutyraat de expressie van de DNA-reparatie-eiwitten Ku70, Ku86, en DNA-PKcs in melanoomcellijnen vermindert. Bovendien, met behulp van bleomycine, doxorubicine, en etoposide om DNA dubbelstrengsbreuken te induceren zoals beoordeeld door accumulatie van γH2AX foci, is aangetoond dat histon deacetylase remmers zich richten op Ku70 acetylering wat resulteert in sensibilisatie.
In de context van combinaties met radiotherapie, is valproïnezuur, dat een lange klinische geschiedenis heeft bij de behandeling van epilepsie, belangrijk. Preklinische studies hebben aangetoond dat de HDAC-remmer menselijke glioma cellijnen sensibiliseert voor de effecten van ioniserende straling (X-stralen) zowel in vitro als in vivo . Zoals onlangs is besproken, is valproïnezuur gecombineerd met de alkylerende stof temozolomide en bestraling voor de potentiële behandeling van glioblastoma multiforme. Deze strategie wordt momenteel geëvalueerd in een klinische proef van fase II. Radioprotectieve effecten van Histon Deacetylase Inhibitors
Paradoxaal genoeg zijn er aanwijzingen dat HDAC-inhibitors radioprotectieve activiteiten bezitten. Vroege studies gaven aan dat voorbehandeling met fenylbutyraat een bescheiden radioprotectief effect heeft in menselijke normale en kankercellen. Verdere studies toonden aan dat fenylbutyraat beschermt tegen cutane stralingsziekte in vivo. De radioprotectieve eigenschappen van HDAC-remmers worden verondersteld gepaard te gaan met de onderdrukking van ontstekingsbevorderende cytokinen (bijv. interleukine- (IL-) 1, IL-8, tumornecrosefactor- (TNF-)α) en fibrogene groeifactoren (bijv. transformerende groeifactor- (TGF-)β) . Het is bekend dat deze factoren betrokken zijn bij de ontstekingsreactie op straling, en met name de langdurige secretie van TNF-α en TGF-β door epitheel-, endotheel- en bindweefselcellen is betrokken bij het cutane bestralingssyndroom. Naast fenylbutyraat, hebben de breed-spectrum HDAC remmers Trichostatine A en valproïnezuur aangetoond te beschermen tegen straling-geïnduceerde huidbeschadiging en tegen straling-geïnduceerde sterfte bij muizen. Deze effecten waren ook gecorreleerd met verminderde TNF-α, TGF-β1, en TGF-β2 expressie . Verder onderzoek in deze richting met fenylbutyraat heeft aangetoond dat de HDAC-remmer muizen kan beschermen tegen acute γ-straling-geïnduceerde letaliteit. De effecten waren gecorreleerd met een verzwakking van DNA-schade en apoptose . Interessant is dat profylactische en post-bestralingstoedieningen van fenylbutyraat radioprotectie gaven, wat interessante potentiële klinische toepassingen biedt. Profylaxe zou geschikt zijn voor radiotherapie voorafgaand aan blootstelling aan bestraling, en toedieningen na bestraling zouden geschikt zijn in gevallen van onbedoelde blootstelling aan straling.
6. Conclusies
HDAC-remmers hebben zich ontpopt als een belangrijke nieuwe klasse van antikankertherapeutica. Hoewel zij op zichzelf krachtige cytotoxische en apoptotische effecten bezitten, wordt verwacht dat zij het nuttigst zullen zijn wanneer zij worden gebruikt in combinatie met andere kankermodaliteiten. Dit wordt weerspiegeld in het merendeel van de huidige klinische trials, die voornamelijk bestaan uit combinaties van HDAC-remmers met conventionele chemotherapeutica en radiotherapie. Een belangrijke vraag op dit gebied blijft of klasse-selectieve of isovorm-specifieke verbindingen een grotere therapeutische werkzaamheid zullen hebben dan de klassieke HDAC-remmers met een breed spectrum. Breedspectrum HDAC-remmers hebben pleiotrope antikankereffecten, en dit kan voordelig zijn gezien de heterogeniteit en het aanpassingsvermogen van kwaadaardige cellen. Aan de andere kant kunnen klasse- of isovormselectieve verbindingen een groter therapeutisch venster bieden met minder off-target effecten. Er wordt momenteel intensief onderzoek verricht om de functie van HDAC-enzymen beter te begrijpen en er komen steeds meer specifieke verbindingen beschikbaar. Daarom wordt verwacht dat de kwestie van selectiviteit zal worden opgehelderd, wat misschien verdere mogelijkheden zal openen voor de klinische vertaling van deze klasse van verbindingen.
Conflict of Interests
Zowel K. Ververis als T. C. Karagiannis verklaren dat zij geen directe financiële relatie hebben met de in dit artikel genoemde commerciële identiteiten die tot belangenverstrengeling zouden kunnen leiden.
Acknowledgments
De steun van het Australian Institute of Nuclear Science and Engineering wordt erkend. T. C. Karagiannis was de ontvanger van AINSE awards. Epigenomic Medicine Laboratory wordt gesteund door de National Health and Medical Research Council van Australië. K. Ververis wordt gesteund door een Baker IDI postdoctorale studiebeurs. Dit artikel werd gedeeltelijk ondersteund door het “Operational Infrastructure Support Program” van de Victoriaanse regering. De auteurs willen graag hun erkentelijkheid betuigen voor het gebruik van de faciliteiten die door Monash Micro Imaging op AMREP en, in het bijzonder, de deskundige hulp van Drs. Stephen Cody en Iśka Carmichael.
Leave a Reply