I ricercatori dell’UC di San Francisco hanno progettato un farmaco candidato che potrebbe contribuire a rendere il cancro al pancreas, che è quasi sempre fatale, una condizione addirittura curabile.
La nuova molecola modifica in modo permanente un’astuta mutazione cancerogena, chiamata K-Ras G12D, che è responsabile di quasi la metà di tutti i casi di cancro al pancreas e appare in alcune forme di cancro al polmone, al seno e al colon .
Il cancro al pancreas è meno comune di questi altri tumori, ma la mancanza di opzioni terapeutiche lo rende più mortale e miete più di 50.000 vittime ogni anno negli Stati Uniti.
“Abbiamo lavorato per dieci anni per portare le terapie contro il cancro al pancreas al passo con le terapie per altri tumori”, ha affermato Kevan Shokat, Ph.D., professore presso il Dipartimento di Farmacologia cellulare e molecolare che ha guidato il lavoro. “Questa innovazione è la prima a prendere di mira il G12D e ci fornisce una solida base per combattere questa mutazione devastante.”
I risultati appaiono in Nature Chemical Biology.
Un nuovo passo avanti contro il cancro al pancreas
Shokat e i suoi colleghi hanno sviluppato i primi farmaci antitumorali in grado di fermare una diversa mutazione K-Ras, G12C, nel 2013. Da allora, due terapie sono state approvate per l’uso nel cancro al polmone e al seno , ma i progressi non hanno spostato l’ago della strada verso il trattamento cancro al pancreas.
Le mutazioni K-Ras sono estremamente comuni nel cancro del pancreas e spiegano il 90% dei casi. Circa la metà di queste mutazioni sono G12D, che differiscono dalla maggior parte delle altre mutazioni K-Ras per una singola sostituzione di aminoacidi.
Questa leggera differenza tra le proteine sane e quelle cancerogene, in cui la glicina (G) diventa aspartato (D), ha rappresentato una sfida enorme per i chimici.
“Ci sono pochissime molecole là fuori in grado di rilevare la differenza tra l’aspartato che causa il cancro e la glicina”, ha detto Shokat. “Per realizzare buone terapie, abbiamo bisogno di farmaci che agiscano solo sulle cellule tumorali , senza intaccare le cellule sane.”
Il team di Shokat ha immaginato una molecola che si inserisse in una tasca della proteina K-Ras, per poi legarsi saldamente e irreversibilmente all’aspartato canaglia. L’esplosione della ricerca che ha seguito la scoperta di Shokat nel 2013 ha permesso loro di sviluppare un modello per le sostanze chimiche che sono riuscite in modo affidabile a penetrare in quell’angolo della proteina.
“Una volta ottenuta la struttura delle nostre molecole, sapevamo che si trovavano nel punto giusto della proteina”, ha detto Shokat. “Poi potremmo esplorare i piccoli angoli e fessure di cui avevamo bisogno per scoprire la chimica dell’aspartato.”
Gli scienziati hanno esaminato dozzine di sostanze chimiche.
“È come scalare una nuova via su una montagna; potresti essere forte, ma la lunghezza delle tue braccia limita ciò che puoi fare”, ha detto Shokat. “Ci sono voluti molti tentativi ed errori, per modificare i rami di queste molecole per posizionarle in questo spazio incredibilmente ristretto attorno a G12D. Alcuni si sono avvicinati, poi hanno fallito e noi ricominciavamo da capo.”
Alla fine, hanno trovato una molecola vincente. Si sistemò nell’angolo appropriato di K-Ras e si piegò in una nuova forma che reagì fortemente con l’aspartato.
La molecola ha frenato la crescita del tumore da G12D nelle linee cellulari tumorali , nonché in un modello animale di cancro umano. E non ha mai attaccato le proteine sane.
Gli scienziati stanno ora ottimizzando la molecola affinché sia sufficientemente resistente da combattere il cancro nel corpo umano. Grazie al successo ottenuto da questo studio, ha affermato Shokat, nuove terapie per il cancro al pancreas potrebbero entrare in sperimentazione clinica in appena due o tre anni.
“Abbiamo imparato molto da altre terapie mirate e sappiamo come tradurre rapidamente scoperte come queste nella clinica”, ha affermato Margaret Tempero, MD, direttrice dell’UCSF Pancreas Center. “Un farmaco efficace mirato a K-RAS G12D potrebbe essere trasformativo per i pazienti affetti da cancro al pancreas”.
Presa di mira la mutazione che porta al cancro al pancreas
Dopo 30 anni di risultati scoraggianti nel tentativo di sviluppare farmaci per inibire una proteina mutata associata ad alcuni dei tumori più difficili da trattare, la ricerca sulle proteine RAS è in forte espansione.
Nuove scoperte hanno rivisto l’idea che il RAS sia un bersaglio “non resistente” o che le singole mutazioni di RAS siano indistinguibili nei loro effetti, ha affermato il ricercatore del MUSC Hollings Cancer Center John O’Bryan, Ph.D.
O’Bryan, insieme al suo partner di ricerca di lunga data Shohei Koide, Ph.D., direttore del Cancer Biologics presso il Perlmutter Cancer Center della New York University Langone, e altri collaboratori presso Hollings e Perlmutter, hanno ora aggiunto a questo crescente corpus di conoscenze con il loro sviluppo di monocorpi sintetici che non solo si legano a KRAS(G12D), una mutazione specifica di RAS comune nei tumori del pancreas, del polmone e del colon-retto , ma inibiscono anche alcune delle azioni di KRAS(G12D).
Fondamentalmente, il metodo utilizzato per sviluppare i monocorpi fornisce un modello per prendere di mira altre mutazioni attualmente considerate “irresistibili”.
Le proteine RAS sono interruttori on/off biochimici che regolano la segnalazione di molti fattori di crescita e recettori ormonali.
“È un relè di segnale davvero critico nella cellula”, ha detto O’Bryan. Ma le mutazioni fanno sì che il RAS rimanga bloccato nella posizione “on”, portando a una crescita incontrollata e, infine, al cancro.
O’Bryan e Koide lavorano insieme su RAS da più di un decennio. Nel loro articolo pubblicato negli Atti della National Academy of Sciences riferiscono di questi monocorpi sintetici e della struttura di una tasca nascosta su KRAS (G12D) che i ricercatori stanno prendendo di mira come ingresso segreto per i farmaci antitumorali.
“Quando realizzi un monobody, non sai cosa farà”, ha spiegato O’Bryan. “Potrebbe semplicemente legarsi e non avere alcun effetto. Ma risulta che quasi tutti i monocorpi che abbiamo creato per il RAS sono inibitori, nel senso che si legano a regioni importanti che sono necessarie per la funzione del RAS. E così, innanzitutto dimostrando che si legano e inibiscono selettivamente il RAS, e quindi determinando dove si legano, possiamo ottenere informazioni su come quelle regioni del RAS siano importanti per la funzione della proteina.”
Le mutazioni RAS sono presenti in circa il 20% di tutti i tumori umani , ha detto O’Bryan, ma possono essere trovate in oltre il 90% degli adenocarcinomi duttali pancreatici (PDAC), il tipo più comune di cancro del pancreas.
“Il RAS è in realtà un driver di quel tumore. È uno degli eventi iniziali della formazione del PDAC”, ha detto O’Bryan.
La loro pubblicazione arriva in un momento in cui la comprensione della RAS sta facendo passi da gigante. Negli ultimi due anni, la Food and Drug Administration ha approvato due farmaci contro il cancro del polmone che prendono di mira KRAS (G12C), un’altra frequente proteina mutante di RAS. E quest’anno è iniziata una sperimentazione clinica in fase iniziale di un farmaco mirato al KRAS (G12D). Lo sviluppo di quel farmaco è stato possibile solo grazie al lavoro di Kevan Shokat, Ph.D., che ha scoperto la tasca nascosta presa di mira da questi farmaci, ha detto O’Bryan.
O’Bryan e Koide, tuttavia, iniziarono il loro lavoro prima che qualcuno venisse a conoscenza di quella tasca nascosta, selezionando le librerie di monocorpi.
“Si scopre che il nostro monobody si lega attorno a quella tasca e in realtà la apre di più”, ha detto O’Bryan. “Ciò suggerisce che potrebbero esserci alcuni modi per utilizzare tali informazioni nella progettazione e nello sviluppo di farmaci”.
Nel loro articolo, i ricercatori descrivono anche come è strutturata quella tasca nascosta, che secondo loro fornisce importanti punti dati per coloro che sviluppano inibitori KRAS (G12D) di prossima generazione.
Ritengono inoltre che le tecnologie di ingegneria proteica utilizzate per sviluppare i loro monocorpi potrebbero essere utilizzate contro altri obiettivi impegnativi e, in definitiva, rivelarsi un approccio più diretto.
Proprio mentre O’Bryan e Koide stavano rifinendo il loro articolo per PNAS, il loro lavoro su RAS continuava, sia individualmente che insieme.
O’Bryan ha recentemente ricevuto una sovvenzione dal Dipartimento della Difesa per lavorare sulla somministrazione di monocorpi nei polmoni come potenziali terapie, e sta lavorando con Aaron Hobbs, Ph.D., un collega scienziato di Hollings, la cui ricerca si concentra su KRAS (G12R ) nel cancro al pancreas.
Nuova associazione di farmaci potrebbe sconfiggere il cancro al pancreas
Le mutazioni nel gene KRAS sono la principale causa del cancro al pancreas. La proteina risultante controlla molteplici vie di segnalazione coinvolte nella crescita e nella sopravvivenza cellulare. Nel cancro, il gene è mutato per essere permanentemente “attivo”, spingendo le cellule a moltiplicarsi eccessivamente e a formare tumori.
Recentemente sono stati sviluppati nuovi farmaci per inibire il KRAS e sembrano essere terapeuticamente promettenti. Tuttavia, il cancro del pancreas è particolarmente soggetto alla resistenza ai farmaci . La maggior parte dei farmaci funziona solo per un breve periodo di tempo prima che il cancro si ritrovi ad aggirarli.
Precedenti esperimenti hanno rivelato una potenziale ragione per cui: un gruppo di geni a monte di KRAS, chiamato ERBB, sembra essere sovraregolato in risposta all’inibizione di KRAS. In altre parole, quando il KRAS diminuisce, l’ERBB sale e riporta nuovamente il KRAS e gli altri geni correlati.
Per cercare di sconfiggere questa potenziale fonte di resistenza ai farmaci, i ricercatori della School of Medicine dell’Università della California a San Diego hanno testato una nuova combinazione di KRAS e inibitori dei farmaci ERBB. I risultati, pubblicati su Cancer Research , rivelano che la combinazione di farmaci è notevolmente più efficace e meno soggetta a resistenza rispetto al trattamento con il solo inibitore di KRAS. Gli autori ora raccomandano che la combinazione di farmaci venga testata in studi clinici su pazienti affetti da cancro umano.
“Gli inibitori di KRAS hanno il potenziale di cambiare completamente il panorama del trattamento del cancro al pancreas“, ha affermato il co-autore senior Herve Tiriac, Ph.D., assistente ricercatore presso il Dipartimento di Chirurgia della UC San Diego School of Medicine e Moores Cancer Center presso Salute dell’UC San Diego. “Tuttavia, dobbiamo effettuare molti test iniziali per ottimizzare la terapia KRAS, altrimenti gli studi clinici potrebbero ottenere molti dati negativi.”
Lo studio sul cancro al pancreas è stato il primo a confermare che le cellule pancreatiche umane trattate con l’inibitore del KRAS MRTX1133 (Mirati Therapeutics) sviluppano effettivamente resistenza ai farmaci e aumentano la loro espressione di ERBB. Ma questa resistenza potrebbe essere superata combinando il farmaco con l’inibitore pan-ERBB Afatinib approvato dalla FDA.
La combinazione di MRTX1133 e Afatinib ha inoltre ridotto il numero di cellule tumorali del cancro al pancreas sopravvissute più di MRTX1133 da solo. Questo abbinamento si è rivelato più efficace rispetto alla combinazione di MRTX1133 con inibitori dell’EGFR o farmaci mirati a diverse molecole a valle del KRAS.
Le cellule tumorali del cancro al pancreas erano così “squisitamente vulnerabili” a MRTX1133 e Afatinib che i farmaci hanno mostrato un’interazione sinergica, il che significa che i benefici derivanti dall’utilizzo dei due farmaci insieme erano addirittura maggiori della somma degli effetti individuali di ciascuno. In altre parole, l’abbinamento dei farmaci era maggiore della somma delle sue parti.
I ricercatori hanno anche testato i farmaci in un modello murino vivo di cancro al pancreas e hanno scoperto che i topi trattati con entrambi i farmaci sono sopravvissuti significativamente più a lungo al cancro al pancreas rispetto a quelli trattati con entrambi i farmaci da soli. L’uso di modelli umani e murini di cancro al pancreas, colture cellulari 2D e organoidi 3D e misurazioni in vitro e in vivo rappresenta uno dei principali punti di forza dello studio.
“La sinergia tra MRTX1133 e Afatinib è stata notevole e incoraggiamo fortemente la sperimentazione clinica di questa combinazione di farmaci per i pazienti affetti da cancro al pancreas “, ha affermato il co-autore senior Andrew Lowy, MD, professore presso il Dipartimento di Chirurgia e capo della Divisione di Oncologia chirurgica presso la UC San Diego School of Medicine e direttore clinico per la chirurgia oncologica presso il Moores Cancer Center.
