Цитотоксические и противоопухолевые свойства конъюгата метионин γ-лиаза-дайдзеин в комбинации с сульфоксидами S-алк(ен)ил-L-цистеина

Введение. Ферментная пролекарственная терапия является новой перспективной стратегией в лечении солидных злокачественных новообразований. Использование двухкомпонентных систем, содержащих фермент и нетоксичный субстрат (пролекарство), позволяет вырабатывать цитотоксические вещества непосредственно у поверхности опухолевой клетки, тем самым снижая общую токсическую нагрузку на организм.

Цель исследования – оценка противоопухолевой активности фармакологических пар C115H метионин γ-лиазы (С115Н МГЛ), конъюгированной с дайдзеином (С115Н МГЛ-Dz), и сульфоксидов S-алк(ен)ил-L-цистеина в отношении солидных опухолей in vitro и in vivo.

Материалы и методы. Для определения цитотоксичности фармакологических пар in vitro на клеточных линиях рака толстой кишки (Sw620), поджелудочной железы (Panc1) и предстательной железы (22Rv1) использовали МТТ-тест. Индукцию апоптоза и изменение клеточного цикла клеток линий 22Rv1, Sw620 и SKBR3 исследовали с помощью набора реагентов Muse® Caspase-3/7 и Muse® Cell Cycle Assay kit. Противоопухолевую активность in vivo оценивали на ксенографтах Sw620, Panc1 и 22Rv1 у мышей Balb/c nude.

Результаты. Показано, что конъюгат С115Н МГЛ-Dz обладает максимальной цитотоксичностью в присутствии сульфоксида S-пропил-L-цистеина (пропиина) с IC₅₀, равными 3,88 и 5,4 для Panc1 и 22Rv1 соответственно. Дипропилтиосульфинат, образующийся в результате реакции β-элиминирования пропиина, катализируемой C115H МГЛ-Dz, индуцирует апоптоз как посредством активации каспаз, так и через альтернативные пути, а так- же угнетает клеточное деление, способствуя снижению концентрации клеток в фазе G₂/M. Исследование противоопухолевой активности фармакологической пары in vivo показало уменьшение объема опухоли у ксенографтов Panc1 (торможение роста опухоли (ТРО) 67,5 %, p = 0,004), Sw620 (ТРО 22,07 %, p = 0,12) и 22Rv1 (ТРО 70 %, p = 0,043).

Выводы. Фармакологическая пара С115Н МГЛ-Dz/пропиин значительно уменьшает рост злокачественных солидных опухолей и может рассматриваться в качестве возможного терапевтического агента в ферментной пролекарственной терапии злокачественных новообразований.

1. Henderson B.E., Ross R.K., Pike M.C., Casagrande J.T. Endogenous hormones as a major factor in human cancer. Cancer Res 1982;42(8):3232–9.

2. Tanaka H., Esaki N., Soda K. A versatile bacterial enzyme: l-methionine γ-lyase. Enzyme Microb Technol 1985;7(11): 530–7. DOI: 10.1016/0141-0229(85)90094-8

3. Morozova E., Anufrieva N., Koval V. et al. Conjugates of methionine γ-lyase with polysialic acid: two approaches to antitumor therapy. Int J Biol Macromol 2021;182:394–401. DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2021.03.201

4. Fujisawa H., Watanabe K., Suma K. et al. Antibacterial potential of garlic-derived allicin and its cancellation by sulfhydryl compounds. Biosci Biotechnol Biochem 2009;73(9):1948–55. DOI: 10.1271/bbb.90096

5. Weber N.D., Andersen D.O., North J.A. et al. In vitro virucidal effects of Allium sativum (garlic) extract and compounds. Planta Med 1992;58(5):417–23. DOI: 10.1055/s-2006-961504

6. Hoffman R.M. Development of recombinant methioninase to target the general cancer-specific metabolic defect of methionine dependence: a 40-year odyssey. Expert Opin Biol Ther 2015;15(1):21–31. DOI: 10.1517/14712598.2015.963050

7. Pokrovsky V.S., Anisimova N.Yu., Davydov D.Zh. et al. Methionine gamma lyase from Clostridium sporogenes increases the anticancer effect of doxorubicin in A549 cells and human cancer xenografts. Invest New Drugs 2019;37(2):201–9. DOI: 10.1007/s10637-018-0619-4

8. Filardo E.J., Quinn J.A., Frackelton A.R.J., Bland K.I. Estrogen action via the G protein-coupled receptor, GPR30: stimulation of adenylyl cyclase and cAMP-mediated attenuation of the epidermal growth factor receptor-to-MAPK signaling axis. Mol Endocrinol 2002;16(1):70–84. DOI: 10.1210/mend.16.1.0758

9. Mesmar F., Dai B., Ibrahim A. et al. Clinical candidate and genistein analogue AXP107-11 has chemoenhancing functions in pancreatic adenocarcinoma through G protein-coupled estrogen receptor signaling. Cancer Med 2019;8(18):7705–19. DOI: 10.1002/cam4.2581

10. Ariyani W., Miyazaki W., Amano I. et al. Soy isoflavones accelerate glial cell migration via GPER-mediated signal transduction pathway. Front Endocrinol (Lausanne) 2020;11:554941. DOI: 10.3389/fendo.2020.554941

11. Jacenik D., Beswick E.J., Krajewska W.M., Prossnitz E.R. G protein-coupled estrogen receptor in colon function, immune regulation and carcinogenesis. World J Gastroenterol 2019;25(30):4092–104. DOI: 10.3748/wjg.v25.i30.4092

12. Chan Q.K.Y., Lam H.-M., Ng C.-F. et al. Activation of GPR30 inhibits the growth of prostate cancer cells through sustained activation of Erk1/2, c-jun/c-fos-dependent upregulation of p21, and induction of G2 cell-cycle arrest. Cell Death Differ 2010;17(9):1511–23. DOI: 10.1038/cdd.2010.20

13. Sarkar F.H., Li Y. Soy isoflavones and cancer prevention. Cancer Invest 2003;21(5):744–57. DOI: 10.1081/CNV-120023773

14. Morozova E.A., Kulikova V.V., Rodionov A.N. et al. Engineered Citrobacter freundii methionine γ-lyase effectively produces antimicrobial thiosulfinates. Biochimie 2016;128–129:92–8. DOI: 10.1016/j.biochi.2016.07.007

15. Kulikova V., Morozova E., Rodionov A. et al. Non-stereoselective decomposition of (±)-S-alk(en)yl-L-cysteine sulfoxides to antibacterial thiosulfinates catalyzed by C115H mutant methionine γ-lyase from Citrobacter freundii. Biochimie 2018;151:42–4. DOI: 10.1016/j.biochi.2018.05.011

16. Kulikova V.V., Morozova E.A., Revtovich S.V. et al. Gene cloning, characterization, and cytotoxic activity of methionine γ-lyase from Clostridium novyi. IUBMB Life 2017;69(9):668–76. DOI: 10.1002/iub.1649

17. Morozova E.A., Bazhulina N.P., Anufrieva N.V. et al. Kinetic and spectral parameters of interaction of Citrobacter freundii methionine γ-lyase with amino acids. Biochemistry (Mosc) 2010;75(10):1272–80. DOI: 10.1134/S0006297910100093

18. Kohen F., Gayer B., Kulik T. et al. Synthesis and evaluation of the antiproliferative activities of derivatives of carboxyalkyl isoflavones linked to N-t-Boc-hexylenediamine. J Med Chem 2007;50(25):6405–10. DOI: 10.1021/jm070727z

19. Bank U., Reinhold D., Ansorge S. [Measurement of cellular activity with the MTT test. Optimization of the method (In German)]. Allerg Immunol (Leipz) 1991;37(3–4):119–23.