Dobbelt slag for kreft: Mangan hyperaktiverer stresssensor og dreper svulster

Forskere fra Institute of Biophysics of the Chinese Academy of Sciences (CAS), University of Minnesota og US National Cancer Institute (NCI), ledet av professor Wang Likun, publiserte en studie i iScience som viser at toverdige manganioner (Mn²⁺) bokstavelig talt kan «drive kreftceller til selvdestruksjon» ved å overaktivere ER-stresssensoren IRE1α og indusere apoptose via RIDD- og JNK-signalveiene.

Bakgrunn: UPR og rollen til IRE1α

1. Kvalitetskontroll av proteiner. Feilfoldede proteiner akkumuleres i endoplasmatisk retikulum (ER) i celler, og utløser «ER-stressresponsen» (UPR) via tre sensorer: IRE1α, PERK og ATF6.

2. Dobbel natur av IRE1α.

• Adaptiv aktivering: moderat ER-stress induserer XBP1-spleising → gjenoppretting av homeostase.
• Terminalrespons: Under alvorlig eller langvarig stress deaktiverer IRE1α XBP1-grenen og utløser i stedet RIDD- (Regulated IRE1α-Dependent Decay) og JNK-medierte kaskader → apoptose.

Denne dualiteten har lenge fascinert onkologer, men den rådende ideen har vært å undertrykke IRE1α for å svekke svulstens adaptive forsvar. Den nye studien antyder den motsatte tilnærmingen: hyperaktivering av IRE1α.

Eksperimentell protokoll og viktige metoder

1. Cellekultur:

   • Brystkreft (MCF-7), hepatocellulært karsinom (HepG2) og normale kontrollcellelinjer (HEK293).

   • Tilsetning av MnCl₂ (0–200 µM) i 24–48 timer.

2. Biokjemisk verifisering av IRE1α-aktivering:

   • IRE1α-fosforylering (Western blot) økte doseavhengig ved 50–100 µM Mn²⁺.

   • RNase-aktivitet (RIDD): Nedbrytning av mål-mRNAer (Blos1, Sparc) ble målt med qPCR.

   • JNK-signalvei: nivåene av p-JNK og dets substrater (c-Jun) økte 2–3 ganger.

3. XBP1s skjøting:

   • RT-PCR-testing viste at Mn²⁺ ikke øker nivået av XBP1s skjøtevariant, dvs. den overbelaster spesifikt den terminale grenen til UPR.

4. Apoptose og celleoverlevelse:

   • Flowcytometri (Annexin V/PI) avdekket opptil 60 % apoptotiske celler etter 48 timers behandling med 100 µM Mn²⁺;

   • MTT-analyse bekreftet en reduksjon i levedyktighet på opptil 30 % i kreftlinjer ved samme dose, mens normale celler beholdt 80 % overlevelse.

5. Molekylær kontroll:

   • Genetisk knockout av IRE1α (CRISPR–Cas9) opphevet fullstendig Mn²⁺-cytotoksisiteten, noe som demonstrerer IRE1α-avhengighet.

   • Administrasjon av småmolekylære JNK-hemmere (SP600125) reduserte apoptose med omtrent 50 %, noe som indikerer involvering av denne grenen.

Prekliniske in vivo-modeller

1. Musemodell av brystkreft:

   • Intratumoral administrering av MnCl₂ (1 mM, 20 µL) to ganger i uken i 3 uker.

   • Tumorvekst: I mer enn 80 % av tilfellene krympet eller stabiliserte svulstene seg; kontrollgruppen fortsatte å utvikle seg.

2. Toksisitet og sikkerhet:

   • Blodbiokjemiske verdier (ALAT, ASAT, kreatinin) forble innenfor normale grenser.

   • Histologi av organer (lever, nyrer, hjerte) uten påvist skade.

3. Ekspresjon av apoptotiske markører:

   • Økt aktivitet av caspase-3 og TUNEL-positive celler i tumorsteder.

Betydning og utsikter

«Vi har for første gang vist at selektiv overaktivering av IRE1α med Mn²⁺ reverserer UPR-protokollen i tumorceller, og prioriterer apoptose», forklarer professor Wang Likun. «Dette åpner opp en ny gren av kreftbehandling, der vi i stedet for å undertrykke forsvarsveier, «overbelaster» dem.»

• Kontrastmiddel og onkoterapi? Mangan brukes allerede i MR-kontrastmidler, noe som kan legge til rette for rask oversettelse av behandlingen.
• Utvikling av Mn²⁺-donorer: målrettede nanodonorer som leverer Mn²⁺ spesifikt til svulsten, og minimerer systemisk eksponering.
• Kombinasjon med immunterapi: økt apoptose kan øke neoantigenproduksjonen og forbedre responsen på sjekkpunktshemmere.

Forfatterne legger vekt på flere viktige punkter:

• Et nytt paradigme for UPR-terapi
  «Vi har vist at i stedet for å undertrykke UPR-sensoren IRE1α, er det mulig å oppnå en antitumoreffekt ved å overaktivere den», sier professor Wang Likun (CAS). «Dette åpner for en ny strategi for kreftterapi basert på 'overbelastning' av ER-stress.»

• Mekanismens spesifisitet
  «Mn²⁺ stimulerer selektivt RIDD- og JNK-grenene av IRE1α uten å aktivere den adaptive XBP1s-signalveien», bemerker Dr. Li Chang (NCI). «Denne 'forutinntatte' responsen sikrer apoptose av tumorceller med minimal innvirkning på normale celler.»

• Utsikter for klinisk oversettelse
  «Siden mangan allerede brukes som kontrastmiddel i MR, har vi alle muligheter til raskt å tilpasse Mn²⁺-donorer til klinikken», kommenterer professor Sarah Lee (Minnesota). «Neste trinn er å utvikle målrettede leveringssystemer til svulsten.»

• Potensial for kombinasjonsbehandling
  «Overaktivering av IRE1α kan øke neoantigenproduksjonen og forbedre responsen på immunterapi», legger Dr. Tanaka (CAS) til. «Kombinasjonen av Mn²⁺ med checkpoint-hemmere lover en synergistisk effekt.»

• Sikkerhet og selektivitet
  «I våre prekliniske modeller forårsaket ikke Mn²⁺ skade på normalt vev eller økte systemisk toksisitet», bemerker Dr. Martinez (Minn.). «Dette er avgjørende for å gå videre til kliniske studier.»

Denne studien setter en ny kurs for kreftbehandling gjennom kontrollert aktivering av den cellulære stressresponsen og introduserer mangan som et antitumormiddel som er i stand til å overbelaste kreftcelleoverlevelsesmekanismer.