Двоструки ударац за рак: Манган хиперактивира сензор стреса и убија туморе

Научници из Института за биофизику Кинеске академије наука (CAS), Универзитета у Минесоти и Националног института за рак САД (NCI), предвођени професором Ванг Ликуном, објавили су студију у часопису iScience која показује да двовалентни јони мангана (Mn²⁺) могу буквално „довести ћелије рака до самоуништења“ прекомерном активацијом сензора стреса ендоплазматског ретикулума IRE1α и индуковањем апоптозе путем RIDD и JNK путева.

Позадина: УПР и улога IRE1α

1. Контрола квалитета протеина. Неправилно савијени протеини се акумулирају унутар ендоплазматског ретикулума (ЕР) ћелија, покрећући „стресни одговор ЕР“ (UPR) путем три сензора: IRE1α, PERK и ATF6.

2. Двострука природа IRE1α.

• Адаптивна активација: умерени стрес ендоплазматског ретикулума индукује спајање XBP1 → обнављање хомеостазе.
• Терминални одговор: Под јаким или продуженим стресом, IRE1α деактивира XBP1 грану и уместо тога покреће RIDD- (Регулисано IRE1α-зависно распадање) и JNK-посредоване каскаде → апоптоза.

Ова дуалност је дуго фасцинирала онкологе, али је преовлађујућа идеја била сузбијање IRE1α како би се ослабила адаптивна одбрана тумора. Нова студија сугерише супротан приступ: хиперактивацију IRE1α.

Експериментални протокол и кључне методе

1. Ћелијска култура:

   • Рак дојке (MCF-7), хепатоцелуларни карцином (HepG2) и нормалне контролне ћелијске линије (HEK293).

   • Додавање MnCl₂ (0–200 µM) током 24–48 сати.

2. Биохемијска верификација активације IRE1α:

   • Фосфорилација IRE1α (Western blot) се повећавала зависно од дозе при 50–100 µM Mn²⁺.

   • Активност РНазе (RIDD): Распад циљних мРНК (Blos1, Sparc) је мерен помоћу qPCR.

   • JNK пут: нивои p-JNK и његових супстрата (c-Jun) повећани су 2-3 пута.

3. Спајање XBP1s:

   • RT-PCR тестирање је показало да Mn²⁺ не повећава ниво XBP1s сплајс варијанте, односно да специфично преоптерећује терминалну грану UPR.

4. Апоптоза и преживљавање ћелија:

   • Проточна цитометрија (Анексин V/PI) је открила до 60% апоптотичних ћелија након 48 сати третмана са 100 µM Mn²⁺;

   • МТТ анализа је потврдила смањење одрживости до 30% код линија рака при истој дози, док су нормалне ћелије задржале 80% преживљавања.

5. Молекуларна контрола:

   • Генетски нокаут IRE1α (CRISPR–Cas9) је потпуно укинуо цитотоксичност Mn²⁺, демонстрирајући зависност од IRE1α.

   • Примена малих молекулских JNK инхибитора (SP600125) смањила је апоптозу за приближно 50%, што указује на укљученост ове гране.

Преклинички ин виво модели

1. Мишји модел рака дојке:

   • Интратуморална примена MnCl₂ (1 mM, 20 µL) два пута недељно током 3 недеље.

   • Раст тумора: У више од 80% случајева, тумори су се смањили или стабилизовали; контролна група је наставила да напредује.

2. Токсичност и безбедност:

   • Биохемија крви (АЛТ, АСТ, креатинин) остала је у границама нормале.

   • Хистологија органа (јетра, бубрези, срце) без откривених оштећења.

3. Експресија апоптотских маркера:

   • Повећана активност каспаза-3 и ТУНЕЛ-позитивних ћелија у туморским местима.

Значење и перспективе

„Први пут смо показали да селективна прекомерна активација IRE1α са Mn²⁺ обрће UPR протокол у туморским ћелијама, дајући приоритет апоптози“, објашњава проф. Ванг Ликун. „Ово отвара нову грану терапије рака, где уместо сузбијања одбрамбених путева, ми их 'преоптерећујемо'.“

• Контрастно средство и онкотерапија? Манган се већ користи у контрастним средствима за магнетну резонанцу, што може олакшати брзу транслацију терапије.
• Развој донора Mn²⁺: циљани нанодонори који испоручују Mn²⁺ специфично тумору, минимизирајући системску изложеност.
• Комбинација са имунотерапијом: појачана апоптоза може повећати производњу неоантигена и побољшати одговор на инхибиторе контролних тачака.

Аутори истичу неколико кључних тачака:

• Нова парадигма за УПР терапију
  „Показали смо да је уместо сузбијања УПР сензора IRE1α, могуће постићи антитуморски ефекат његовом прекомерном активацијом“, каже проф. Ванг Ликун (CAS). „Ово отвара нову стратегију за терапију рака засновану на 'преоптерећењу' стресом ендоплазматског ретикулума.“

• Специфичност механизма
  „Mn²⁺ селективно стимулише RIDD и JNK гране IRE1α без активирања адаптивног XBP1s пута“, напомиње др Ли Чанг (NCI). „Овај 'пристрасан' одговор осигурава апоптозу туморских ћелија са минималним утицајем на нормалне ћелије.“

• Перспективе за клиничку примену
  „Пошто се манган већ користи као контрастно средство у МРИ, имамо све шансе да брзо прилагодимо доноре Mn²⁺ за клинику“, коментарише проф. Сара Ли (Минесота). „Следећи корак је развој циљаних система за испоруку тумору.“

• Потенцијал за комбиновану терапију
  „Преактивација IRE1α може повећати производњу неоантигена и побољшати одговор на имунотерапију“, додаје др Танака (CAS). „Комбинација Mn²⁺ са инхибиторима контролних тачака обећава синергистички ефекат.“

• Безбедност и селективност
  „У нашим преклиничким моделима, Mn²⁺ није изазвао оштећење нормалних ткива нити повећао системску токсичност“, напомиње др Мартинез (Минесота). „Ово је кључно за прелазак на клиничка испитивања.“

Ова студија поставља нови курс за лечење рака кроз контролисану активацију ћелијског стресног одговора и уводи манган као антитуморски агенс способан да преоптерети механизме преживљавања ћелија рака.