Dublu remediu pentru cancer: Manganul hiperactivează senzorul de stres și distruge tumorile

Oamenii de știință de la Institutul de Biofizică al Academiei Chineze de Științe (CAS), Universitatea din Minnesota și Institutul Național al Cancerului din SUA (NCI), conduși de profesorul Wang Likun, au publicat un studiu în iScience care demonstrează că ionii divalenți de mangan (Mn²⁺) pot „conduce celulele canceroase la autodistrugere” prin supraactivarea senzorului de stres IRE1α din reticulul endoplasmatic și inducerea apoptozei prin căile RIDD și JNK.

Context: UPR și rolul IRE1α

1. Controlul calității proteinelor. Proteinele pliate greșit se acumulează în reticulul endoplasmatic (RE) al celulelor, declanșând „răspunsul la stres al RE” (UPR) prin intermediul a trei senzori: IRE1α, PERK și ATF6.

2. Natura duală a IRE1α.

• Activare adaptivă: stresul moderat al RE induce splicing-ul XBP1 → restaurarea homeostaziei.
• Răspuns terminal: În condiții de stres sever sau prelungit, IRE1α dezactivează ramura XBP1 și declanșează în schimb cascade mediate de RIDD (Regulated IRE1α-Dependent Decay) și JNK → apoptoză.

Această dualitate i-a fascinat de mult timp pe oncologi, dar ideea predominantă a fost suprimarea IRE1α pentru a slăbi apărarea adaptivă a tumorii. Noul studiu sugerează abordarea opusă: hiperactivarea IRE1α.

Protocol experimental și metode cheie

1. Cultură celulară:

   • Cancer de sân (MCF-7), carcinom hepatocelular (HepG2) și linii celulare de control normale (HEK293).

   • Adăugarea de MnCl₂ (0–200 µM) timp de 24–48 h.

2. Verificare biochimică a activării IRE1α:

   • Fosforilarea IRE1α (Western blot) a crescut dependent de doză la 50–100 µM Mn²⁺.

   • Activitatea RNazei (RIDD): Degradarea ARNm-urilor țintă (Blos1, Sparc) a fost măsurată prin qPCR.

   • Calea JNK: nivelurile de p-JNK și substraturile sale (c-Jun) au crescut de 2-3 ori.

3. Splicing XBP1s:

   • Testarea RT-PCR a arătat că Mn²⁺ nu crește nivelul variantei de splicing XBP1s, adică suprasolicită în mod specific ramura terminală a UPR.

4. Apoptoza și supraviețuirea celulară:

   • Citometria în flux (Annexin V/PI) a relevat până la 60% celule apoptotice după 48 de ore de tratament cu 100 µM Mn²⁺;

   • Analiza MTT a confirmat o reducere a viabilității de până la 30% în liniile canceroase la aceeași doză, în timp ce celulele normale au menținut o supraviețuire de 80%.

5. Control molecular:

   • Eliminarea genetică a IRE1α (CRISPR-Cas9) a abolit complet citotoxicitatea Mn²⁺, demonstrând dependența de IRE1α.

   • Administrarea inhibitorilor JNK cu molecule mici (SP600125) a redus apoptoza cu aproximativ 50%, indicând implicarea acestei ramuri.

Modele preclinice in vivo

1. Modelul murin de cancer la sân:

   • Administrare intratumorală de MnCl₂ (1 mM, 20 µL) de două ori pe săptămână, timp de 3 săptămâni.

   • Creșterea tumorii: În peste 80% din cazuri, tumorile s-au micșorat sau s-au stabilizat; grupul de control a continuat să progreseze.

2. Toxicitate și siguranță:

   • Valorile biochimice ale sângelui (ALT, AST, creatinină) s-au menținut în limite normale.

   • Histologia organelor (ficat, rinichi, inimă) fără leziuni detectate.

3. Expresia markerilor apoptotici:

   • Activitate crescută a celulelor caspase-3 și TUNEL-pozitive în locurile tumorale.

Semnificație și perspective

„Am demonstrat pentru prima dată că supraactivarea selectivă a IRE1α cu Mn²⁺ inversează protocolul UPR în celulele tumorale, prioritizând apoptoza”, explică prof. Wang Likun. „Acest lucru deschide o nouă ramură a terapiei împotriva cancerului, în care, în loc să suprimăm căile de apărare, le «supraîncărcăm».”

• Substanță de contrast și oncoterapie? Manganul este deja utilizat în substanțele de contrast pentru RMN, ceea ce poate facilita traducerea rapidă a terapiei.
• Dezvoltarea donorilor de Mn²⁺: nanodonori țintiți care livrează Mn²⁺ specific tumorii, reducând la minimum expunerea sistemică.
• Combinație cu imunoterapie: apoptoza crescută poate crește producția de neoantigen și poate îmbunătăți răspunsul la inhibitorii punctelor de control.

Autorii subliniază câteva aspecte cheie:

• O nouă paradigmă pentru terapia UPR
  „Am demonstrat că, în loc să suprimăm senzorul UPR IRE1α, este posibil să obținem un efect antitumoral prin supraactivarea acestuia”, spune prof. Wang Likun (CAS). „Acest lucru deschide o nouă strategie pentru terapia cancerului bazată pe «supraîncărcarea» stresului reticulului endoplasmatic.”

• Specificitatea mecanismului
  „Mn²⁺ stimulează selectiv ramurile RIDD și JNK ale IRE1α fără a activa calea adaptivă XBP1s”, notează Dr. Li Chang (NCI). „Acest răspuns «părtinitor» asigură apoptoza celulelor tumorale cu un impact minim asupra celulelor normale.”

• Perspective pentru transferul clinic
  „Întrucât manganul este deja utilizat ca agent de contrast în RMN, avem toate șansele să adaptăm rapid donorii de Mn²⁺ pentru clinică”, comentează prof. Sarah Lee (Minnesota). „Următorul pas este dezvoltarea unor sisteme de administrare direcționată către tumoră.”

• Potențial pentru terapia combinată
  „Supraactivarea IRE1α poate spori producția de neoantigen și poate îmbunătăți răspunsul la imunoterapie”, adaugă Dr. Tanaka (CAS). „Combinația de Mn²⁺ cu inhibitori ai punctelor de control promite un efect sinergic.”

• Siguranță și selectivitate
  „În modelele noastre preclinice, Mn²⁺ nu a provocat leziuni țesuturilor normale și nici nu a crescut toxicitatea sistemică”, notează Dr. Martinez (Minnesota). „Acest lucru este esențial pentru trecerea la studiile clinice.”

Acest studiu stabilește o nouă direcție pentru tratamentul cancerului prin activarea controlată a răspunsului celular la stres și introduce manganul ca agent antitumoral capabil să suprasolicite mecanismele de supraviețuire a celulelor canceroase.