Dvojitý účinek na rakovinu: Mangan hyperaktivuje stresový senzor a ničí nádory

Vědci z Biofyzikálního ústavu Čínské akademie věd (CAS), Minnesotské univerzity a amerického Národního onkologického institutu (NCI) pod vedením profesora Wanga Likuna publikovali v časopise iScience studii, která prokazuje, že dvojmocné ionty manganu (Mn²⁺) mohou doslova „dohnat rakovinné buňky k sebezničení“ nadměrnou aktivací stresového senzoru IRE1α v endoplazmatu a indukcí apoptózy prostřednictvím drah RIDD a JNK.

Souvislosti: UPR a role IRE1α

1. Kontrola kvality proteinů. Špatně složené proteiny se hromadí v endoplazmatickém retikulu (ER) buněk a spouštějí „stresovou reakci ER“ (UPR) prostřednictvím tří senzorů: IRE1α, PERK a ATF6.

2. Dvojí povaha IRE1α.

• Adaptivní aktivace: mírný stres ER indukuje sestřih XBP1 → obnovení homeostázy.
• Terminální odpověď: Při silném nebo dlouhodobém stresu IRE1α deaktivuje větev XBP1 a místo toho spouští kaskády zprostředkované RIDD (Regulated IRE1α-Dependent Decay) a JNK → apoptóza.

Tato dualita onkology fascinuje již dlouho, ale převládající myšlenkou je potlačení IRE1α, aby se oslabila adaptivní obrana nádoru. Nová studie navrhuje opačný přístup: hyperaktivaci IRE1α.

Experimentální protokol a klíčové metody

1. Buněčná kultura:

   • Rakovina prsu (MCF-7), hepatocelulární karcinom (HepG2) a normální kontrolní buněčné linie (HEK293).

   • Přidávání MnCl₂ (0–200 µM) po dobu 24–48 hodin.

2. Biochemické ověření aktivace IRE1α:

   • Fosforylace IRE1α (Western blot) se zvyšovala v závislosti na dávce při 50–100 µM Mn²⁺.

   • RNázová aktivita (RIDD): Rozpad cílových mRNA (Blos1, Sparc) byl měřen pomocí qPCR.

   • Dráha JNK: hladiny p-JNK a jeho substrátů (c-Jun) se zvýšily 2–3krát.

3. Sestřih XBP1:

   • Testování RT-PCR ukázalo, že Mn²⁺ nezvyšuje hladinu sestřihové varianty XBP1s, tj. specificky přetěžuje terminální větev UPR.

4. Apoptóza a přežití buněk:

   • Průtoková cytometrie (Annexin V/PI) odhalila až 60 % apoptotických buněk po 48 hodinách ošetření 100 µM Mn²⁺;

   • MTT analýza potvrdila snížení životaschopnosti až o 30 % u rakovinných linií při stejné dávce, zatímco normální buňky si zachovaly 80% přežití.

5. Molekulární kontrola:

   • Genetický knockout IRE1α (CRISPR–Cas9) zcela zrušil cytotoxicitu Mn²⁺, což prokazuje závislost na IRE1α.

   • Podávání nízkomolekulárních inhibitorů JNK (SP600125) snížilo apoptózu přibližně o 50 %, což naznačuje postižení této větve.

Preklinické modely in vivo

1. Myší model rakoviny prsu:

   • Intratumorální podávání MnCl₂ (1 mM, 20 µl) dvakrát týdně po dobu 3 týdnů.

   • Růst nádoru: Ve více než 80 % případů se nádory zmenšily nebo stabilizovaly; u kontrolní skupiny se jejich růst dále zhoršoval.

2. Toxicita a bezpečnost:

   • Biochemie krve (ALT, AST, kreatinin) zůstala v normálním rozmezí.

   • Histologie orgánů (játra, ledviny, srdce) bez zjištěného poškození.

3. Exprese apoptotických markerů:

   • Zvýšená aktivita kaspázy-3 a TUNEL-pozitivních buněk v nádorových místech.

Význam a perspektivy

„Poprvé jsme ukázali, že selektivní nadměrná aktivace IRE1α pomocí Mn²⁺ obrací protokol UPR v nádorových buňkách a upřednostňuje apoptózu,“ vysvětluje profesor Wang Likun. „To otevírá novou větev terapie rakoviny, kde místo potlačování obranných drah je ‚přetěžujeme‘.“

• Kontrastní látka a onkoterapie? Mangan se již používá v kontrastních látkách pro magnetickou rezonanci, což může usnadnit rychlé provedení terapie.
• Vývoj donorů Mn²⁺: cílené nanodonory, které dodávají Mn²⁺ specificky k nádoru a minimalizují tak systémovou expozici.
• Kombinace s imunoterapií: zvýšená apoptóza může zvýšit produkci neoantigenů a zlepšit odpověď na inhibitory kontrolních bodů.

Autoři zdůrazňují několik klíčových bodů:

• Nové paradigma pro UPR terapii
  „Ukázali jsme, že místo potlačení UPR senzoru IRE1α je možné dosáhnout protinádorového účinku jeho nadměrnou aktivací,“ říká profesor Wang Likun (CAS). „To otevírá novou strategii pro terapii rakoviny založenou na ‚přetížení‘ ER stresu.“

• Specifičnost mechanismu
  „Mn²⁺ selektivně stimuluje větve RIDD a JNK genu IRE1α bez aktivace adaptivní dráhy XBP1s,“ poznamenává Dr. Li Chang (NCI). „Tato „zkreslená“ reakce zajišťuje apoptózu nádorových buněk s minimálním dopadem na normální buňky.“

• Perspektivy klinického využití
  „Vzhledem k tomu, že mangan se již používá jako kontrastní látka v magnetické rezonanci, máme velkou šanci rychle adaptovat dárce Mn²⁺ pro klinické použití,“ komentuje prof. Sarah Lee (Minnesota). „Dalším krokem je vývoj cílených systémů pro podávání do nádoru.“

• Potenciál kombinované terapie
  „Nadměrná aktivace IRE1α může zvýšit produkci neoantigenů a zlepšit odpověď na imunoterapii,“ dodává Dr. Tanaka (CAS). „Kombinace Mn²⁺ s inhibitory kontrolních bodů slibuje synergický účinek.“

• Bezpečnost a selektivita
  „V našich preklinických modelech Mn²⁺ nezpůsobil poškození normálních tkání ani nezvyšoval systémovou toxicitu,“ poznamenává Dr. Martinez (Minnesota). „To je zásadní pro přechod do klinických studií.“

Tato studie stanovuje nový směr léčby rakoviny prostřednictvím řízené aktivace buněčné stresové reakce a představuje mangan jako protinádorové činidlo schopné přetížit mechanismy přežití rakovinných buněk.