Come resistono le cellule tumorali all`attacco dei chemioterapici e

Dipartimento di Oncologia,
Università di Torino
Ce.R.M.S./C.O.E.S
Centro di Ricerca e
Medicina Sperimentale/
Centro OncoEmatologico
Subalpino
Come resistono le cellule tumorali
all'attacco dei chemioterapici e del
sistema immunitario?
Amalia Bosia
Chiara Riganti
Accademia delle Scienze
Torino, 08/05/2013
Il concetto di resistenza
Il tumore resiste ai farmaci chemioterapici
Il tumore resiste al sistema immunitario
«funzionante»
Il tumore crea un sistema immunitario «tollerante»
Fenotipo MULTI-resistente
• Meccanismi cellulari di resistenza ai chemioterapici
•
(‘multidrug resistance’ MDR)
•
•
•
•
•
•
•
- diminuita captazione del chemioterapico
- aumentata estrusione
- diminuita attivazione
- aumentata inattivazione
- mutazione della proteina bersaglio
- amplificazione di oncogeni + (anti-apoptotici)
- inattivazione di oncogeni
- (pro-apoptotici)
•
DOXORUBICINA (dx)
Modelli
Overespressione geni
trasportatori ABC (‘ATP
binding cassette’)
Selezione con farmaci
chemioterapici
Overespressione geni
trasportatori ABC (‘ATP
binding cassette’)
Linea
farmacosensibile
Selezione con
farmaci chemioterapici
Linea
farmacoresistente
Modelli
Trasportatori ABC
Pgp
MRP1
MRP2
BCRP
Actin
DX
Intracellular doxorubicin (ng/mg cell prot)
HT29
Accumulo di doxorubicina
8
HT29
HT29 cells
Citotossicità
IC50 (μM)
HT29 HT29‐dx
HT29dx cells
doxo 5 10
oxaliPt 5 > 1000
4
HT29-dx
*
5‐FU 0.5 5
0
(Riganti C et al, Cancer Res, 65, 516, 2005; Riganti C et al, Mol Pharm, 10,161, 2013)
La resistenza ai chemioterapici
Il tumore resiste ai farmaci chemioterapici
RIMEDIO
Ridurre l’uscita del farmaco dalla cellula tumorale resistente
esterno cellula
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Glicoproteina-P
esterno cellula
Modificare il microambiente di membrana
Modificare
l’attività della
glicoproteina‐P
interno cellula
Modificare
la quantità della
glicoproteina‐P
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Modificare l’attività della glicoproteina-P
Sintesi di NO
livelli di NO
donatori di NO
(Riganti C et al, Cancer Res, 65, 516, 2005)
(De Boo S et al, Mol Cancer, 8, 108, 2009)
accumulo farmaco
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Modificare l’attività della glicoproteina-P
Con NO
xxx
xxx
x xx
xxx
HT29-dx
HT29
HT29-dx +SNP
HT29 + SNP
(Riganti C et al, Cancer Res, 65, 516, 2005)
Come fare ad innalzare la sintesi di NO
nelle cellule MDR?
Aumentare la sintesi
endogena di NO
da parte della cellula
MDR
Aggiungere al farmaco
chemioterapico un donatore
di NO
NOS NO sintasi
Aumentare la sintesi endogena di NO : NF‐kB NO
NO
NO
NO
NO
NO
NO
+
Statine
+
Gene iNOS
Aumentare la sintesi endogena di NO : NF‐kB
Acetil Coenzima A
Statine
HMGCoA
NO
NO
Isoprenoidi
NO
GGPP
NO
NO
Colesterolo
NO
NO
NF-kB
Gene iNOS
Aumentare la sintesi endogena di NO : NF‐kB (HMM)
RhoA
Sintesi di NO
(Riganti C al, Int J Cancer, 119, 17, 2006)
(Riganti C et al, Mol Pharmacol, 74, 476, 2008)
(Doublier S et al, Mol Cancer Res, 6,1607, 2008)
RhoA cinasi
Accumulo di
doxorubicina
Come fare ad innalzare la sintesi di NO
nelle cellule MDR?
Aumentare la sintesi
endogena di NO
da parte della cellula
MDR
Aggiungere al farmaco
chemioterapico un donatore
di NO
Aggiungere al farmaco chemioterapico un donatore di NO
+ gruppo nitrossilico
+ gruppo furossanico
doxorubicina
Uscita di doxorubicina
HT29‐dx
Dox
NitDox
FurDox
(Chegaev K et al, ACS Med Chem Letters, 2, 494-97, 2011)
(Riganti C et al, Mol Pharm, 10,161-74, 2013)
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Glicoproteina-P
esterno cellula
Modificare il microambiente di membrana
Modificare
l’attività della
glicoproteina‐P
interno cellula
Modificare
la quantità della
glicoproteina‐P
Modificare la quantità della glicoproteina-P : HIF
Modificare la quantità della glicoproteina-P :HIF
Modificare la quantità della glicoproteina-P : HIF
(invasive micropapillary breast carcinoma - MPC)
(Doublier S et al, BMC Cancer, 12,4, 2012)
• Modificare la
quantità della
glicoproteina-P :HIF
(MPC)
(Doublier S et al, BMC Cancer, 12,4, 2012)
Modificare la quantità della glicoproteina-P
Modificare la quantità della glicoproteina-P : human
malignant mesothelioma(HMM)
(Riganti C et al, Eur Resp J, 32,443, 2008)
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Glicoproteina-P
esterno cellula
Modificare il microambiente di membrana
Modificare
l’attività della
glicoproteina‐P
interno cellula
Modificare
la quantità della
glicoproteina‐P
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Modificare il microambiente di membrana
colesterolo in membrana
attività della glicoproteina-P
colesterolo in membrana
Farmaci ipo‐colesterolemizzanti
Statine
Aminobisfosfonati
attività della glicoproteina-P
La resistenza ai chemioterapici: rimedi
Modificare il microambiente di membrana
Colesterolo in membrana
cholesterol
(mol/mg prot)
60
*
40
20
*
°
Accumulo di doxorubicina
0
CTRL SIM CTRL SIM
HT29
HT29
HT29-dx
HT29‐dx
doxorubicina
doxorubicina
+
simvastatina
(Kopecka J et al, J Contr Rel, 149, 196, 2011)
Il concetto di resistenza
Il tumore resiste al sistema immunitario
«funzionante»
Il tumore crea un sistema immunitario «tollerante»
Il sistema immunitario
Riconosce ed elimina il «not self»
batteri
virus
parassiti
cellule
tumorali
Il sistema immunitario
Riconosce ed
elimina il «not self»
Tollera il «self»
«Tessuti» non tumorali
Il concetto di immunoresistenza
Il tumore resiste al sistema immunitario
«funzionante»
La risposta del sistema immunitario «funzionante»
contro il tumore
Calreticulina
Attivazione del
sistema immunitario
dell’ospite verso
Il tumore
doxorubicina
(Apetoh L et al, Trends Mol Med, 14, 141, 2008)
La risposta del sistema immunitario «funzionante»
contro il tumore resistente
I tumori chemiosensibili sono anche “immuno‐sensibili”…..
... i tumori chemioresistenti sono anche “immunoresistenti”
Tumore
chemiosensibile
Tumore
chemioresistente
CTRL doxo
CTRL doxo
HT29‐dx
HT29
Cells
count
CRT
(De Boo S et al, Mol Cancer, 8, 108, 2009)
La glicoproteina-P lega la calreticulina….
nuclei
Pgp
… ed inibisce la fagocitosi
calreticulina-indotta
CRT
Co-localizzazione
Pgp-CRT
HT29‐dx
Sì Pgp
No Pgp
(Kopecka J et al, J Cell Mol Med, 15, 1492, 2011)
La resistenza al sistema immunitario «funzionante»
Il tumore resiste al sistema immunitario
«funzionante»
RIMEDI
1) Potenziare la traslocazione di calreticulina 2) Eliminare la presenza della glicoproteina‐P in membrana
La resistenza al sistema immunitario «funzionante»:
rimedi
Potenziare la traslocazione di calreticulina
NO induce
la traslocazione
di calreticulina
HT29
nuclei
CRT
HT29-dx
merge
nuclei
CRT
merge
total
CRT
CTRL
surface
CRT
SN 10’
SN 30’
SN 60’
(Kopecka J et al, J Cell Mol Med, 15, 1492, 2011)
La resistenza al sistema immunitario «funzionante»:
rimedi
Eliminare la presenza della glicoproteina-P in membrana
colesterolo
quantità di glicoproteina-P
colesterolo
Farmaci ipo‐colesterolemizzanti
Statine
Aminobisfosfonati
quantità di glicoproteina-P
La resistenza al sistema immunitario «funzionante»:
rimedi
Eliminare la presenza della glicoproteina-P in membrana
ZA:
acido zoledronico
Colesterolo
Traslocazione di calreticulina
Glicoproteina-P in membrana
Accumulo di doxorubicina
HT29
HT29‐dx
doxorubicina
doxorubicina
+
ZA
(Riganti C et al, Plos ONE, 8, 60975, 2013)
La resistenza al sistema immunitario «funzionante»:
rimedi
Eliminare la presenza della glicoproteina-P in membrana
ZA
Colesterolo
Accumulo di doxorubicina
Glicoproteina-P
in membrana
Traslocazione di calreticulina
Ripristino della fagocitosi
Fagociti
HT29‐dx
ZA
(Riganti C et al, Plos ONE, 8, 60975, 2013)
Il concetto di immuno-tolleranza
Il tumore crea un sistema immunitario «tollerante»
Il concetto di immuno-tolleranza
Il ruolo della indoleamine 2,3 diossigenasi (IDO) e del suo prodotto: la cinurenina
Disfunzione del
sistema immunitario
IDO nei tumori
(Katz, Immun Rev, 222,206, 2006)
induzione di un sistema immunitario
«tollerante»
L’induzione di un sistema immunitario «tollerante»
Sintesi di cinurenina
cellula chemiosensibile
cellula chemioresistente
(Campia I, unpublished)
Le cellule resistenti possono indurre un sistema immunitario
più «tollerante»
rispetto alle cellule chemiosensibili
L’induzione di un sistema immunitario «malato»
Extracellular signals
cytokines
P
P
JAK1/2
P
STAT3
JAK1/2
P
STAT1
P
STAT3
P
STAT1
IDO
Target genes
(Campia I, unpublished)
L’induzione di un sistema immunitario «tollerante»
Analisi genomica
Citochine più prodotte dalle cellule chemioresistenti
+
IL4
SPP1
MIF
VEGFA
A549-DX
HT29DX
Immune
tolerance
x
x
yes
Correlation
With IDO
Signal
trasduction
yes
STAT3
x
x
yes
?
x
x
yes
?
x
x
yes
?
STAT1/STAT
3
STAT1;
STAT3
x
yes
yes
STAT1;
STAT3
IFNG
x
yes
yes
STAT1
IL18
x
yes
?
STAT4
IL22
x
yes
?
STAT3
x
yes
?
IFNA2
IL6
IL8
STAT3
STAT3
x
yes
?
(Campia I, unpublished)
L’induzione di un sistema immunitario «tollerante»
Il tumore crea un sistema immunitario «tollerante»
RIMEDI
1) Usare inibitori di IDO (metiltriptofano, brassinina)
2) Usare inibitori di citochine specifiche
L’induzione di un sistema immunitario «tollerante»:
rimedi
Usare inibitori di IDO (metiltriptofano, mt)
Sintesi di cinurenina
IDO activity (nmol Kyn/mg prot)
20
A549 cells
A549dx cells
*
*
°
10
Riattivazione
del sistema
immunitario
*
0
ctrl
ifn
48h
ifn
48h
+ mt 24h
(Campia I, unpublished)
Il concetto di resistenza
Il tumore resiste
ai farmaci
chemioterapici
Il tumore resiste al sistema
immunitario «funzionante»
Il tumore crea un sistema
immunitario «tollerante»
RIMEDI
ad hoc
Fenotipo MULTI-resistente
Il concetto di resistenza
Il tumore resiste
ai farmaci
chemioterapici
Il tumore resiste al sistema
immunitario «funzionante»
Il tumore crea un sistema
immunitario «tollerante»
RIMEDI
ad hoc
Fenotipo MULTI-resistente
Il concetto di resistenza
Il tumore resiste
ai farmaci
chemioterapici
Il tumore resiste al sistema
immunitario «funzionante»
Il tumore crea un sistema
immunitario «tollerante»
RIMEDI
ad hoc
Fenotipo MULTI-sensibile
Grazie a….
Amalia Bosia
Dario Ghigo
Gianpiero Pescarmona
Elisabetta Aldieri
Carolina Dimas Belisario
Loredana Bergandi
Costanzo Costamagna
Sara De Boo
Elena Gazzano
Giada Gelsomino
Giulia Gulino
Martha Leonor Pinzòn‐Daza
Manuela Polimeni
Iris Chiara Salaroglio
Sophie Doublier
Joanna
Kopecka
Ivana Campia
Grazie a….
Dip. Di Scienza e Tecnologia del Farmaco
Università di Torino
Divisione di Ematologia
Alberto Gasco Roberta Fruttero
Konstantin Chegaev Silvia Arpicco
Massimo Massaia
Marta Coscia
Micol Rigoni
Barbara Castella
Università di Milano
Università di Napoli
Angela Maria Rizzo
Paola Antonia Corsetto
Laboratoire de Biologie de l’endothelium cerebrale,
Universitè Renè Descartes, Paris, France
Pierre-Olivier Couraud
Grants
Associazione
Italiana
per la Ricerca
sul Cancro
Giuseppe De Rosa
Michele Caraglia
Institute of Molecular
Systems Biology
ETH Zurich, Switzerland
Bernd Wollscheid
Centro di Neuro-Bio-Oncologia,
Vercelli
Davide Schiffer
Valentina Caldera
Marta Mellai
Laura Annovazzi
Istituto Ortopedico Rizzoli, Bologna
Massimo Serra
Claudia Hattinger
Dept. of Molecular Genetics, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel
Menachem Rubinstein
MIUR
Progetto Oncologia
Progetto Neuroscienze
GRAZIE a Voi per l’attenzione!
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