Двоен удар за рак: Манганът хиперактивира сензора за стрес и убива туморите

Учени от Института по биофизика на Китайската академия на науките (CAS), Университета на Минесота и Националния институт по рака на САЩ (NCI), ръководени от професор Уанг Ликун, публикуваха проучване в iScience, демонстриращо, че двувалентните манганови йони (Mn²⁺) могат буквално да „подтикнат раковите клетки към самоунищожение“ чрез свръхактивиране на сензора за стрес в ендоплазмения ретикулум IRE1α и индуциране на апоптоза чрез пътищата RIDD и JNK.

Предистория: Универсален периодичен преглед и ролята на IRE1α

1. Контрол на качеството на протеините. Неправилно сгънатите протеини се натрупват в ендоплазмения ретикулум (ER) на клетките, задействайки „ER стрес отговор“ (UPR) чрез три сензора: IRE1α, PERK и ATF6.

2. Двойствена природа на IRE1α.

• Адаптивна активация: умерен стрес на ендоплазмения ретикулум (ER) индуцира сплайсинг на XBP1 → възстановяване на хомеостазата.
• Терминален отговор: При тежък или продължителен стрес, IRE1α деактивира XBP1 клона и вместо това задейства RIDD- (регулиран IRE1α-зависим разпад) и JNK-медиирани каскади → апоптоза.

Тази двойственост отдавна е очаровала онколозите, но преобладаващата идея е била да се потисне IRE1α, за да се отслабят адаптивните защитни сили на тумора. Новото проучване предлага обратния подход: хиперактивиране на IRE1α.

Експериментален протокол и ключови методи

1. Клетъчна култура:

   • Рак на гърдата (MCF-7), хепатоцелуларен карцином (HepG2) и нормални контролни клетъчни линии (HEK293).

   • Добавяне на MnCl₂ (0–200 µM) за 24–48 часа.

2. Биохимична проверка на активирането на IRE1α:

   • Фосфорилирането на IRE1α (Western blot) се увеличава дозозависимо при 50–100 µM Mn²⁺.

   • РНКазна активност (RIDD): Разпадането на целевите мРНК (Blos1, Sparc) беше измерено чрез qPCR.

   • JNK път: нивата на p-JNK и неговите субстрати (c-Jun) се увеличават 2-3 пъти.

3. Снаждане на XBP1s:

   • RT-PCR тестването показа, че Mn²⁺ не повишава нивото на сплайс варианта на XBP1s, т.е. той специфично претоварва терминалния клон на UPR.

4. Апоптоза и клетъчно оцеляване:

   • Флоуцитометрията (Анексин V/PI) разкри до 60% апоптотични клетки след 48 часа третиране със 100 µM Mn²⁺;

   • MTT анализът потвърди намаляване на жизнеспособността до 30% в ракови линии при същата доза, докато нормалните клетки запазиха 80% преживяемост.

5. Молекулярен контрол:

   • Генетичният нокаут на IRE1α (CRISPR–Cas9) напълно премахна цитотоксичността на Mn²⁺, демонстрирайки зависимост от IRE1α.

   • Прилагането на нискомолекулни JNK инхибитори (SP600125) намалява апоптозата с приблизително 50%, което показва засягане на този клон.

Предклинични in vivo модели

1. Миши модел на рак на гърдата:

   • Интратуморално приложение на MnCl₂ (1 mM, 20 µL) два пъти седмично в продължение на 3 седмици.

   • Растеж на тумора: В повече от 80% от случаите туморите са се свили или стабилизирали; контролната група е продължила да прогресира.

2. Токсичност и безопасност:

   • Биохимичните показатели на кръвта (ALT, AST, креатинин) останаха в нормални граници.

   • Хистология на органи (черен дроб, бъбреци, сърце) без открити увреждания.

3. Експресия на апоптотични маркери:

   • Повишена активност на каспаза-3 и TUNEL-позитивни клетки в туморните места.

Значение и перспективи

„За първи път показахме, че селективната свръхактивация на IRE1α с Mn²⁺ обръща UPR протокола в туморните клетки, като дава приоритет на апоптозата“, обяснява проф. Уанг Ликун. „Това открива нов клон в терапията на рака, където вместо да потискаме защитните пътища, ние ги „претоварваме“.

• Контрастно вещество и онкотерапия? Манганът вече се използва в контрастните вещества за ЯМР, което може да улесни бързото прилагане на терапията.
• Разработване на донори на Mn²⁺: насочени нанодонори, които доставят Mn²⁺ специфично към тумора, минимизирайки системното излагане.
• Комбинация с имунотерапия: засилената апоптоза може да увеличи производството на неоантигени и да подобри отговора към инхибитори на контролни точки.

Авторите акцентират върху няколко ключови момента:

• Нова парадигма за UPR терапия
  „Показахме, че вместо да потискаме UPR сензора IRE1α, е възможно да постигнем противотуморен ефект чрез свръхактивирането му“, казва проф. Уанг Ликун (CAS). „Това открива нова стратегия за терапия на рака, базирана на „претоварване“ със стрес в ендоплазмения ретикулум.“

• Специфичността на механизма
  „Mn²⁺ селективно стимулира RIDD и JNK клоновете на IRE1α, без да активира адаптивния XBP1s път“, отбелязва д-р Ли Чанг (NCI). „Този „пристрастен“ отговор осигурява апоптоза на туморните клетки с минимално въздействие върху нормалните клетки.“

• Перспективи за клинично приложение
  „Тъй като манганът вече се използва като контрастно вещество в ЯМР, имаме всички шансове бързо да адаптираме донорите на Mn²⁺ за клиниката“, коментира проф. Сара Лий (Минесота). „Следващата стъпка е да се разработят насочени системи за доставяне към тумора.“

• Потенциал за комбинирана терапия
  „Свръхактивирането на IRE1α може да подобри производството на неоантигени и да подобри отговора на имунотерапията“, добавя д-р Танака (CAS). „Комбинацията от Mn²⁺ с инхибитори на контролни точки обещава синергичен ефект.“

• Безопасност и селективност
  „В нашите предклинични модели Mn²⁺ не е причинил увреждане на нормалните тъкани, нито е увеличил системната токсичност“, отбелязва д-р Мартинес (Минесота). „Това е от решаващо значение за преминаване към клинични изпитвания.“

Това проучване определя нов курс за лечение на рак чрез контролирано активиране на клетъчния стрес отговор и въвежда мангана като противотуморен агент, способен да претовари механизмите за оцеляване на раковите клетки.