AI-10-49

AI-10-49 es un inhibidor de molécula pequeña de la oncoproteína leucémica CBFβ-SMMHC desarrollado por el laboratorio de John Bushweller ( Universidad de Virginia ) con eficacia demostrada por los laboratorios de Lucio H. Castilla ( Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts ) y Monica Guzman ( Universidad de Cornell ). ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} AI-10-49 se une alostéricamente a CBFβ-SMMHC e interrumpe la interacción proteína-proteína entre CBFβ-SMMHC y el supresor tumoral RUNX1 . Este inhibidor se encuentra en desarrollo como fármaco antileucémico.

El factor de unión al núcleo (CBF) es un factor de transcripción heterodimérico compuesto por las subunidades CBFβ y RUNX (esta última está codificada por los genes RUNX1, RUNX2 o RUNX3). El CBF desempeña funciones críticas en la mayoría de los linajes hematopoyéticos, regulando la expresión génica de una variedad de genes asociados con el ciclo celular , la diferenciación , la señalización y la adhesión . ^{[ 5 ]} En la hematopoyesis, el CBF regula las decisiones del destino de las células progenitoras y la diferenciación en múltiples niveles. La función del CBF es esencial para la aparición de células madre hematopoyéticas embrionarias (HSC) y el establecimiento de la hematopoyesis definitiva a mitad de la gestación. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} De manera similar, en la hematopoyesis adulta, el CBF regula la frecuencia y la diferenciación de las HSC, los progenitores linfoides y mieloides , ^{[ 9 ] [ 10 ]} estableciendo al CBF como un regulador maestro de la homeostasis hematopoyética .

Los miembros de CBF son objetivos frecuentes de mutaciones y reordenamientos en la leucemia humana . Se han reportado mutaciones puntuales en el gen RUNX1 en pacientes con trastorno plaquetario familiar, síndrome mieloide displásico y leucemia mielomonocítica crónica . ^{[ 11 ] [ 12 ]} Además, también se han reportado mutaciones de RUNX1 en la leucemia mieloide aguda (LMA). ^{[ 13 ]} Los genes RUNX1 y CBFB son objetivos de reordenamientos cromosómicos que crean genes de fusión oncogénicos en la leucemia. La translocación cromosómica t(12;21) (p13.1;q22) causa la fusión de los genes variante ETS 6 ( ETV6 ) y RUNX1 da como resultado la fusión del gen ETV6-RUNX1 y es la aberración genética más común en la leucemia linfoblástica aguda (LLA) infantil. ^{[ 14 ]} La "LMA con factor de unión central" (LMA CBF) [clasificación de la OMS] es el grupo más común de LMA, incluyendo grupos con reordenamientos cromosómicos inv(16)(p13q22) y t(8;21)(q22;q22). La translocación cromosómica t(8;21)(q22;q22) crea el gen de fusión RUNX1-ETO, que se expresa en muestras de LMA del subtipo FAB M2. ^{[ 15 ]} La inversión cromosómica pericéntrica inv(16)(p13q22) crea el gen de fusión CBFB-MYH11, que codifica la proteína de fusión CBFβ-SMMHC. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

La inv(16) está presente en todos los subtipos M4Eo de LMA, representando uno de los cambios más comunes en la LMA y representando ≈12% de la LMA humana de novo. ^{[ 18 ]} Estudios realizados por varios laboratorios han establecido que CBFβ-SMMHC actúa como un represor dominante de la función de CBF in vivo y bloquea específicamente la diferenciación de los linajes linfoide y mieloide. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

El tratamiento de la LMA varía según el pronóstico y las mutaciones identificadas en la muestra del paciente. El tratamiento actual para la LMA con inv(16) utiliza fármacos quimioterápicos , como la doxorrubicina y la citarabina , con una supervivencia global estimada a 5 años del 60 % en pacientes jóvenes y solo del 20 % en pacientes de edad avanzada. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

CBFβ-SMMHC compite con CBFβ por la unión a RUNX1 mediante interacción directa proteína-proteína. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

Utilizando un ensayo basado en transferencia de energía por resonancia de fluorescencia (FRET), se descubrió AI-4-57 como el compuesto principal que puede inhibir la interacción proteína-proteína CBFβ-SMHHC –RUNX1. ^{[ 1 ]} Para obtener una buena farmacocinética in vivo , selectividad y potencia, se desarrolló AI-10-49 que tiene un enlace basado en polietilenglicol de siete átomos y una sustitución de trifluorometoxi. Esta molécula libera RUNX1 de CBFβ-SMHHC específicamente y restaura el programa transcripcional de RUNX1 en células leucémicas humanas positivas para inv(16). Los ensayos de viabilidad mostraron que AI-10-49 tiene una IC50 de 0,6 μM. Los estudios farmacocinéticos mostraron que AI-10-49 tiene una vida media de 380 minutos en plasma de ratón. AI-10-49 prolongó la supervivencia de ratones trasplantados con células leucémicas CBFβ-SMHHC sin ningún signo de toxicidad. AI-10-49 redujo la viabilidad y la capacidad de formación de colonias de blastos leucémicos humanos primarios con inv(16), sin afectar a las células normales de la médula ósea humana ni a los blastos leucémicos humanos primarios sin inv(16). En general, estos hallazgos validan la inhibición de la interacción proteína-proteína RUNX1-CBFβ-SMMHC como una nueva vía terapéutica para la leucemia con inv(16) y AI-10-49 como un inhibidor específico de la oncoproteína CBFβ-SMMHC. El descubrimiento de AI-10-49 proporciona evidencia adicional de que los factores de transcripción que impulsan el cáncer pueden ser atacados directamente. AI-10-49 pertenece a un grupo selecto de inhibidores de la interacción proteína-proteína que han demostrado tener una eficacia específica y potente sin toxicidad en la terapia contra el cáncer.

El mecanismo de acción de AI-10-49 fue dilucidado recientemente por el laboratorio Castilla en la Facultad de Medicina de la Universidad de Massachusetts . ^{[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} El análisis de enriquecimiento de conjuntos de genes de datos de RNA-seq de células inv(16) AML tratadas con AI-10-49 identificó la desregulación de una firma de MYC, que incluye el ciclo celular, la biogénesis de ribosomas y el metabolismo. La inhibición de MYC mediante shRNA indujo apoptosis de células inv(16) AML, y la sobreexpresión de MYC rescató parcialmente la apoptosis inducida por AI-10-49. Además, las células de leucemia de ratón transducidas con shRNA de Myc mostraron un retraso significativo en la latencia leucémica después del trasplante, lo que valida el requerimiento de MYC en el mantenimiento de inv(16) AML in vivo. La inhibición farmacológica de la actividad de MYC, mediante un tratamiento combinado con AI-10-49 y el inhibidor de bromodominio de la familia BET, JQ1, reveló una fuerte sinergia en células de LMA inv(16) y un retraso significativo en la latencia de la leucemia en ratones. El análisis ChIP-seq y ATAC-seq reveló que la inhibición de la interacción proteína-proteína CBFβ-SMHHC–RUNX1 por AI-10-49 resulta en una mayor ocupación de RUNX1 en tres potenciadores distales de MYC aguas abajo del sitio de inicio de la transcripción de MYC. La eliminación del sitio de unión de RUNX1 en estos potenciadores mediante edición genómica (CRISPR/Cas9) redujo los niveles de transcripción de MYC y la viabilidad de las células de LMA inv(16), lo que indica que cada uno de estos potenciadores desempeña un papel crítico en la regulación de los niveles de MYC y en el mantenimiento de la supervivencia de las células de LMA inv(16). El análisis de las interacciones potenciador-promotor mediante la técnica de captura de conformación cromosómica (5C) en células de LMA con inv(16) reveló que los tres potenciadores están conectados físicamente entre sí y con el promotor MYC. El análisis de la inmunoprecipitación de cromatina reveló que el tratamiento con AI-10-49 produce el desplazamiento del componente BRG1 del complejo SWI/SNF y el reclutamiento, mediado por RUNX1, del componente RING1B del complejo represor de policomb 1 (PRC1) en los tres potenciadores de MYC. En conjunto, estos resultados demuestran que el tratamiento con AI-10-49 induce una liberación aguda de RUNX1, aumenta la ocupación de RUNX1 en los potenciadores de MYC y altera la dinámica de la cromatina de los potenciadores, lo que a su vez induce apoptosis mediante la represión de MYC. Además, este estudio sugiere que el tratamiento combinado de la LMA con inv(16) con AI-10-49 e inhibidores de la familia BET podría representar una terapia dirigida prometedora.

Dirigirse a la interacción proteína-proteína con moléculas pequeñas es extremadamente difícil debido a que las regiones de unión consisten en superficies amplias y poco profundas. ^{[ 32 ]} Hay pocos inhibidores de la interacción proteína-proteína con efecto específico y no tóxico en varios tipos de cáncer. El primer y mejor caracterizado inhibidor de la interacción proteína-proteína en la terapia del cáncer es Nutlin . ^{[ 33 ]} Nutlin inhibe la interacción entre HDM2 y el supresor tumoral p53 . Después del descubrimiento de Nutlin, más de 20 inhibidores de moléculas pequeñas han sido desarrollados por institutos académicos y compañías farmacéuticas, de los cuales 8 inhibidores están en ensayos clínicos de fase 1. ^{[ 34 ]} Otros ejemplos de inhibidores de la interacción proteína-proteína incluyen JQ1 (inhibe la interacción entre histonas acetiladas y BRD4 ); ^{[ 35 ]} 79-6 (inhibe la dimerización del dominio BTB de BCL6 ); ^{[ 36 ]} MI-463 y MI-503 (inhiben la interacción Menin-MLL) ^{[ 37 ]} y ABT-737 (inhibe la interacción BCL2L1-BCL2). ^{[ 38 ]}