Cancer Genetics, Therapeutics & Ultrastructural Pathology Department

Ο καρκίνος του μελανώματος θεωρείται από τους πιο συχνούς και επιθετικούς τύπους δερματικού καρκίνου. Συνεπώς, η αναζήτηση καινοτόμων θεραπευτικών πρωτοκόλλων είναι ζωτικής σημασίας. 

Η προσέγγιση του Τμήματος Γενετικής του Καρκίνου, Θεραπευτικής και Υπερδομικής Παθολογίας στην αντιμετώπιση του μελανώματος εστιάζεται στο σχεδιασμό και τη σύνθεση νέων θεραπευτικών παραγόντων που έχουν ως στόχο τη στοχευμένη αντιμετώπιση της ασθένειας και όχι τη δημιουργία ενός χημειοθεραπευτικού παράγοντα. 

Οι υδρόξυπυρι(μι)δόνες ανήκουν στην κατηγορία των οξυγονoύχων χειλωτών τρισθενούς σιδήρου, δισθενούς χαλκού και αλουμινίου. Ένας καταλυτικός παράγοντας που ενισχύει την μεταστατική ιδιότητα του μελανώματος είναι η επαγωγή του οξειδωτικού στρες, όπως αυτή ρυθμίζεται και κατευθύνεται από τους οξειδοαναγωγικούς κύκλους τόσο του τρισθενούς σιδήρου όσο και του δισθενούς χαλκού. Έχοντας έτσι υπόψιν τον ρόλο που διαδραματίζει το οξειδωτικό στρες στην παθογένεση του μελανώματος, μια βιβλιοθήκη από διαφοροποιημένα παράγωγα των x, y-υδροξυπυρι(μι)δόνων, έχει σχεδιαστεί και συντεθεί από την νέα υποδομή οργανικής σύνθεσης του τμήματος μας. Τα νέα μόρια που έχουν υποστεί πλήρη φυσικοχημικό χαρακτηρισμό, φέρουν ένα αμινοξύ έτσι ώστε να διευκολυνθεί η είσοδός των μορίων μέσω ενεργητικής μεταφοράς και συγκεκριμένα διαμέσου του διαμεμβρανικού μεταφορέα: LAT-1, ο οποίος εξειδικεύεται στη μεταφορά αμονιξέων μεγάλου μοριακού μεγέθους. 

Η κυτταροτοξικότητα των καινούργιων μορίων εξετάστηκε σε μια ολοκληρωμένη πειραματική πλατφόρμα μελανώματος αποτελούμενη από κύτταρα μη-μεταστατικού, μεταστατικού μελανωματικού καρκίνου, μη μελανωματικού επιδερμοειδές καρκινώματος και μη-κακοήθη κερατινοκύταρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως ένα μεθυλιωμένο, Ν-υποκατεστημένο, L-εναντιομερές παράγωγο που ανήκει στις 3,4-υδροξυπυριδίνες, το L-SK-4, έχει την ικανότητα να προάγει τη μείωση των επιπέδων βιωσιμότητας των καρκινικών μελανωματικών κυττάρων σε μια χρόνο- και δόσο- εξαρτώμενη ακολουθία, αφήνοντας σε φυσιολογικά επίπεδα τα επίπεδα βιωσιμότητας των κυττάρων μη μελανωματικών επιδερμοειδών καρκινωμάτων και των κερατινοκυττάρων που χρησιμοποιήθηκαν ως σημείο αναφοράς, τονίζοντας την επιλεκτικότητα της χορήγησης. Σε μια προσπάθεια προσδιορισμού του τρόπου δράσης του L-SK-4 τα επίπεδα των ελευθέρων ριζών στα καρκινικά μελανωματικά κύτταρα προσδιορίστηκαν με τη χρήση κυτταρομετρίας ροής. Η αύξηση παραγωγής του οξειδωτικού στρες έπειτα από την χορήγηση του L-SK-4 επιβεβαιώθηκε αφού αυξήθηκε η συγκέντρωση των μαρτύρων των οξειδωμένων λιπών, των καρβονυλιωμένων πρωτεϊνών και του οξειδωμένου DNA. Ταυτόχρονη χορήγηση του L-SK-4 και γλουταθειώνης (αναστολέας του οξειδωτικού στρες) οδήγησε ισχυρή προστασία από την προωθημένη από το L-SK-4 κυταρροτοξικότητα καταδεικνύοντας την άμεση σχέση μεταξύ της επαγωγής οξειδωτικού στρες και της χορήγησης του L-SK-4. Ακολούθως το είδος του κυτταρικού θανάτου προσδιορίστηκε με την χρήση κυτταρομετρίας ροής όπου πιστοποιήθηκε η ενεργοποίηση της απόπτωσης μέσω της δράσης της κασπάσης -3 και -7. Έτσι η έκφραση των πρωτεϊνών που εμπλέκονται στο βιοχημικό μονοπάτι τόσο της μιτοχονδριακής όσο και της εξωγενούς απόπτωσης αναλύθηκε με τη μέθοδο του western immunoblotting. Τα ευρήματα πιστοποίησαν την ταυτόχρονη ενεργοποίηση τόσο την ενδογενούς όσο και την εξωγενούς απόπτωσης. Επιπλέον η ταύτιση της επαγωγής του οξειδωτικού στρες με την ενεργοποίηση της απόπτωσης επαληθεύτηκε με την ταυτόχρονη χορήγηση της γλουταθειόνης και του L-SK-4 η οποία ελάττωσε τόσο τα επίπεδα έκφρασης των αποπτωτικών πρωτεϊνών όσο και την επαναφορά την από-πολωμένης  (λόγω χορήγησης του L-SK-4) μιτοχονδριακής μεμβράνης. 

Εκτενής χαρακτηρισμός του λιπιδιακού προφίλ έπειτα από τη χορήγηση L-SK-4 με τη αναλυτικής χημείας (UPLC MS/MS) και βιοπληροφορικής, έδειξε μια αναβάθμιση των επιπέδων παραγωγής των σφιγκολιπιδίων και συγκεκριμένα του κεραμιδίου, το οποίο διαφαίνεται να δρα ως δευτερεύων αγγελιαφόρο μόριο που ενεργοποιεί αποπτωτικά μονοπάτια. Επαλήθευση των λιπιδιακών ευρημάτων έγινε με την ταυτόχρονη χορηγία του L-SK-4 και της μυριοσίνης (ενός αναστολέα της βιοσύνθεσης των σφιγκολιπιδίων), αφού τα επίπεδα απόπτωσης παρέμειναν σε φυσιολογικά επίπεδα. 

Συμπερασματικά, ένα νέο μόριο που ανήκει στη κατηγορία των 3,4-υδροξυπυριδινών έχει την ικανότητα να δρα στην χορηγούμενη αποτελεσματική συγκέντρωση ως προ οξειδωτικός παράγοντας που ως συνέπεια αυτού οξειδώνει τόσο λίπη, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Επιπλέον η επαγωγή του οξειδωτικού στρες συμβάλει σε μια εντατικοποιημένη βιοσύνθεση του κεραμιδίου που σαν αγγελιαφόρο μόριο ενεργοποιεί αποπτωτικά μονοπάτια. Στο παρόν στάδιο, οι έρευνά μας επικεντρώνεται στη σύνθεση νέων βελτιστοποιημένων παράγωγων δομών όπως αυτά προκύπτουν έπειτα από εκτενή in silico προσέγγιση. 

Βιβλιογραφία

• Kyriakou S, Mitsiogianni M, Mantso T, Cheung W, Todryk S, Veuger S, Pappa A, Tetard D, Panayiotidis MI. Anticancer activity of a novel methylated analogue of L-mimosine against an in vitro model of human malignant melanoma. Invest New Drugs. 2020 Jun;38(3):621-633. doi: 10.1007/s10637-019-00809-0.
• Kyriakou S, Cheung W, Mantso T, Mitsiogianni M, Anestopoulos I, Veuger S, Trafalis DT, Franco R, Pappa A, Tetard D, Panayiotidis MI. A novel methylated analogue of L-Mimosine exerts its therapeutic potency through ROS production and ceramide-induced apoptosis in malignant melanoma. Invest New Drugs. 2021 Aug;39(4):971-986. doi: 10.1007/s10637-021-01087-5

Δρ. Σωτήρης Κυριάκου
Εργαστηριακός Επιστημονικός Λειτουργός 1
Τμήμα Γενετικής του Καρκίνου, Θεραπευτικής και Υπερδομικής Παθολογίας