Dupla csapás a rák ellen: A mangán hiperaktiválja a stresszérzékelőt és elpusztítja a daganatokat

A Kínai Tudományos Akadémia (CAS) Biofizikai Intézetének, a Minnesotai Egyetemnek és az Egyesült Államok Nemzeti Rákkutató Intézetének (NCI) tudósai Wang Likun professzor vezetésével az iScience folyóiratban publikáltak egy tanulmányt, amely kimutatta, hogy a kétértékű mangánionok (Mn²⁺) szó szerint „önpusztításba kergethetik a rákos sejteket” azáltal, hogy túlaktiválják az ER stresszérzékelő IRE1α-t, és apoptózist indukálnak az RIDD és JNK útvonalakon keresztül.

Háttér: UPR és az IRE1α szerepe

1. Fehérjeminőség-ellenőrzés. A hibásan feltekeredett fehérjék felhalmozódnak a sejtek endoplazmatikus retikulumában (ER), és három szenzoron keresztül kiváltják az „ER stresszválaszt” (UPR): IRE1α, PERK és ATF6.

2. Az IRE1α kettős természete.

• Adaptív aktiváció: mérsékelt ER-stressz XBP1 splicingot indukál → homeosztázis helyreállítása.
• Terminális válasz: Súlyos vagy hosszan tartó stressz esetén az IRE1α deaktiválja az XBP1 ágat, és ehelyett RIDD- (szabályozott IRE1α-függő lebomlás) és JNK-közvetített kaszkádokat indít el → apoptózist.

Ez a kettősség régóta foglalkoztatja az onkológusokat, de az uralkodó elképzelés az IRE1α elnyomása volt a tumor adaptív védekezésének gyengítése érdekében. Az új tanulmány az ellenkező megközelítést javasolja: az IRE1α hiperaktiválását.

Kísérleti protokoll és főbb módszerek

1. Sejtkultúra:

   • Emlőrák (MCF-7), hepatocelluláris karcinóma (HepG2) és normál kontroll sejtvonalak (HEK293).

   • MnCl₂ (0–200 µM) hozzáadása 24–48 órán át.

2. Az IRE1α aktiváció biokémiai igazolása:

   • Az IRE1α foszforilációja (Western blot) dózisfüggően nőtt 50–100 µM Mn²⁺ koncentrációnál.

   • RNáz aktivitás (RIDD): A cél mRNS-ek (Blos1, Sparc) lebomlását qPCR-rel mértük.

   • JNK útvonal: a p-JNK és szubsztrátjainak (c-Jun) szintje 2-3-szorosára nőtt.

3. XBP1-ek összeillesztése:

   • Az RT-PCR teszt kimutatta, hogy az Mn²⁺ nem növeli az XBP1s splice variáns szintjét, azaz kifejezetten túlterheli az UPR terminális ágát.

4. Apoptózis és sejttúlélés:

   • Az áramlási citometria (Annexin V/PI) akár 60%-os apoptotikus sejtszámot is kimutatott 48 óra 100 µM Mn²⁺-val történő kezelés után;

   • Az MTT-analízis megerősítette, hogy a rákos sejtek életképessége ugyanazon dózis mellett akár 30%-kal is csökkent, míg a normál sejtek túlélési aránya 80% maradt.

5. Molekuláris kontroll:

   • Az IRE1α genetikai kiütése (CRISPR–Cas9) teljesen megszüntette az Mn²⁺ citotoxicitását, ami az IRE1α-függőséget igazolja.

   • A kis molekulájú JNK inhibitorok (SP600125) beadása körülbelül 50%-kal csökkentette az apoptózist, ami az ág érintettségét jelzi.

Preklinikai in vivo modellek

1. Az emlőrák egérmodellje:

   • MnCl₂ (1 mM, 20 µL) intratumorális beadása hetente kétszer 3 héten keresztül.

   • Daganatnövekedés: Az esetek több mint 80%-ában a daganatok mérete csökkent vagy stabilizálódott; a kontrollcsoportban a betegség tovább súlyosbodott.

2. Toxicitás és biztonságosság:

   • A vér biokémiai értékei (ALT, AST, kreatinin) a normál tartományon belül maradtak.

   • Szervek (máj, vesék, szív) szövettana kimutatható károsodás nélkül.

3. Apoptotikus markerek expressziója:

   • A kaszpáz-3 és TUNEL-pozitív sejtek fokozott aktivitása a tumoros helyeken.

Jelentés és kilátások

„Elsőként mutattuk ki, hogy az IRE1α Mn²⁺-val történő szelektív túlaktiválása megfordítja az UPR protokollt a tumorsejtekben, az apoptózist helyezve előtérbe” – magyarázza Wang Likun professzor. „Ez a rákterápia egy új ágát nyitja meg, ahol a védekező útvonalak elnyomása helyett »túlterheljük« azokat.”

• Kontrasztanyag és onkoterápia? A mangánt már alkalmazzák MRI kontrasztanyagokban, ami elősegítheti a terápia gyors alkalmazását.
• Mn²⁺ donorok fejlesztése: célzott nanodonorok, amelyek specifikusan a tumorhoz juttatják az Mn²⁺-t, minimalizálva a szisztémás expozíciót.
• Immunterápiával kombinálva: a fokozott apoptózis fokozhatja a neoantigén termelést és javíthatja a checkpoint-gátlókra adott választ.

A szerzők több fontos pontot is kiemelnek:

• Új paradigma az UPR-terápiában
  „Kimutattuk, hogy az IRE1α UPR-szenzor elnyomása helyett túlaktiválásával is elérhető daganatellenes hatás” – mondja Wang Likun professzor (CAS). „Ez egy új stratégiát nyit meg a rákterápiában, amely az ER-stressz „túlterhelésén” alapul.”

• A mechanizmus specificitása szerint
  „az Mn²⁺ szelektíven stimulálja az IRE1α RIDD és JNK ágait anélkül, hogy aktiválná az adaptív XBP1s útvonalat” – jegyzi meg Dr. Li Chang (NCI). „Ez az „elfogult” válasz biztosítja a tumorsejtek apoptózisát, minimális hatással a normál sejtekre.”

• Klinikai alkalmazás kilátásai
  „Mivel a mangánt már használják kontrasztanyagként az MRI-ben, minden esélyünk megvan arra, hogy a Mn²⁺ donorokat gyorsan adaptáljuk a klinikum számára” – jegyzi meg Sarah Lee professzor (Minnesota). „A következő lépés a tumorhoz célzott hatóanyag-leadó rendszerek kifejlesztése.”

• Kombinációs terápia lehetőségei
  „Az IRE1α túlaktiválása fokozhatja a neoantigén termelést és javíthatja az immunterápiára adott válaszreakciót” – teszi hozzá Dr. Tanaka (CAS). „Az Mn²⁺ és az ellenőrzőpont-gátlók kombinációja szinergikus hatást ígér.”

• Biztonságosság és szelektivitás
  „Preklinikai modelljeinkben az Mn²⁺ nem okozott károsodást a normál szövetekben, és nem növelte a szisztémás toxicitást” – jegyzi meg Dr. Martinez (Minnesota). „Ez kritikus fontosságú a klinikai vizsgálatokba való belépés szempontjából.”

Ez a tanulmány új irányt jelöl ki a rákkezelésben a sejtes stresszválasz kontrollált aktiválásán keresztül, és bemutatja a mangánt, mint daganatellenes szert, amely képes túlterhelni a rákos sejtek túlélési mechanizmusait.