Farmaci chemioterapici-Immagine: una cellula tumorale sottoposta a mitosi anomala e che si divide in tre nuove cellule anziché in due in seguito al trattamento con un veleno di microtubuli. Credito: Beth Weaver, Università del Wisconsin-Madison.
Un nuovo studio dell’Università del Wisconsin-Madison suggerisce che i farmaci chemioterapici potrebbero non raggiungere il loro pieno potenziale, in parte perché ricercatori e medici hanno a lungo frainteso come alcuni dei farmaci antitumorali più comuni effettivamente prevengano i tumori.
Per decenni, i ricercatori hanno creduto che una classe di farmaci chiamati veleni dei microtubuli trattasse i tumori cancerosi arrestando la mitosi o divisione delle cellule. Ora, un team di scienziati dell’Università del Wisconsin-Madison ha scoperto che nei pazienti, i veleni dei microtubuli in realtà non impediscono alle cellule tumorali di dividersi. Invece, questi farmaci alterano la mitosi, a volte abbastanza da causare la morte di nuove cellule tumorali e la regressione della malattia.
I veleni dei microtubuli sono una delle terapie più comunemente utilizzate per numerose neoplasie, compresi i tumori al seno primari e metastatici di tutti i sottotipi. È urgentemente necessaria una migliore comprensione dei meccanismi che determinano la risposta ai veleni dei microtubuli, poiché una percentuale sostanziale di pazienti non trae alcun beneficio da questa pietra angolare del trattamento e soffre di tossicità inutile e ritardi nell’efficacia del trattamento. Sebbene il farmaco chemioterapico più venduto Paclitaxel (Taxol) sia considerato altamente efficace, solo dal 41% al 58% dei pazienti risponde. Frazioni simili di pazienti con cancro al seno metastatico rispondono ad altri veleni dei microtubuli, tra cui Docetaxel (dal 30% al 63%), Eribulina (dal 12% al 29%) e Vinorelbina (dal 15% al 50%). Le terapie combinate che potrebbero sensibilizzare il gran numero di tumori resistenti ai veleni dei microtubuli avrebbero un profondo impatto clinico.
I tumori crescono e si diffondono perché le cellule cancerose si dividono e si moltiplicano indefinitamente, a differenza delle cellule normali che hanno un numero limitato di volte in cui possono dividersi in nuove cellule. “L’ipotesi che i veleni dei microtubuli impediscano alle cellule tumorali di dividersi si basa su studi di laboratorio che dimostrano proprio questo”.
Il nuovo studio è stato condotto da Beth Weaver, Prof.ssa nei dipartimenti di oncologia e biologia cellulare e rigenerativa, in collaborazione con Mark Burkard nei dipartimenti di oncologia e medicina, entrambi dell’ dell’Università del Wisconsin-Madison.
Pubblicato il 26 ottobre sulla rivista PLOS Biology, lo studio amplia le scoperte precedenti fatte dal gruppo su uno specifico veleno per microtubuli chiamato Paclitaxel. A volte prescritto con il marchio Taxol, il Paclitaxel è usato per trattare tumori maligni comuni, compresi quelli che hanno origine nelle ovaie e nei polmoni.
“È stato davvero strabiliante“, dice Weaver riguardo alla ricerca precedente. “Per decenni, abbiamo tutti pensato che il modo in cui il Paclitaxel agisce sui tumori dei pazienti fosse arrestandoli nella mitosi. Questo è ciò che mi è stato insegnato quando ero studente. Lo “sapevamo” tutti. Nelle cellule in una piastra, i laboratori di tutto il mondo lo hanno dimostrato. Il problema era che lo usavamo tutti a concentrazioni più elevate di quelle che effettivamente entrano nel tumore”.
La Weaver e i suoi colleghi volevano sapere se altri veleni dei microtubuli funzionassero allo stesso modo del Paclitaxel, non arrestando la mitosi ma rovinandola.
La domanda ha implicazioni significative per gli scienziati che cercano nuovi trattamenti contro il cancro. Questo perché gli sforzi di scoperta di farmaci spesso si basano sull’identificazione, riproduzione e miglioramento dei meccanismi ritenuti responsabili dell’effetto terapeutico di un composto.
Sebbene i veleni dei microtubuli non siano una panacea, sono efficaci per molti pazienti e i ricercatori hanno cercato a lungo di sviluppare altre terapie che imitino ciò che credono facciano questi farmaci. Questi sforzi sono in corso anche se i tentativi passati di identificare nuovi composti che curano il cancro arrestando la divisione cellulare hanno raggiunto frustranti vicoli ciechi.
“C’è ancora molta comunità scientifica che sta studiando l’arresto mitotico come meccanismo per uccidere i tumori“, dice Weaver. “Volevamo sapere: è importante per i pazienti?”.
Con Burkard, il team ha studiato campioni di tumore prelevati da pazienti affette da cancro al seno che hanno ricevuto chemioterapia anti-microtubuli standard presso l’UW Carbone Cancer Center.
Hanno misurato la quantità di farmaci che è riuscita a penetrare nei tumori e hanno studiato la risposta delle cellule tumorali. Hanno scoperto che mentre le cellule continuavano a dividersi dopo essere state esposte al farmaco, lo facevano in modo anomalo. Questa divisione anormale può portare alla morte delle cellule tumorali.
Normalmente, i cromosomi di una cellula vengono duplicati prima che i due gruppi identici migrano verso le estremità opposte della mitosi cellulare in un processo chiamato segregazione cromosomica. Un set di cromosomi viene smistato in ciascuna delle due nuove cellule.
“Questa migrazione avviene perché i cromosomi sono attaccati ad una macchina cellulare conosciuta come fuso mitotico. I fusi sono costituiti da blocchi cellulari chiamati microtubuli. I fusi normali hanno due estremità, note come poli del fuso”.
Weaver e i suoi colleghi hanno scoperto che il Paclitaxel e altri veleni dei microtubuli causano anomalie che portano le cellule a formare tre, quattro o talvolta cinque poli durante la mitosi anche se continuano a produrre solo una copia dei cromosomi. Questi poli attraggono quindi i due set completi di cromosomi in più di due direzioni, rimescolando il genoma.
Aggiungono gli autori:
“I veleni dei microtubuli sono stati tradizionalmente descritti come stabilizzatori o destabilizzatori dei microtubuli. È interessante notare che basse dosi sia di stabilizzanti che di destabilizzanti hanno effetti molto simili sui microtubuli in vitro e sopprimono la dinamica dei microtubuli senza influenzare la massa polimerica. Sebbene elevate concentrazioni (μM) di stabilizzanti e destabilizzanti dei microtubuli abbiano effetti opposti sulla massa polimerica dei microtubuli nelle cellule, entrambi arrestano le cellule nella mitosi a causa dell’attivazione del punto di controllo dell’assemblaggio del fuso mitotico. L’arresto mitotico provoca la morte della cellula mitotica o un’uscita aberrante dalla mitosi senza anafase che produce una cellula G1 tetraploide, un processo chiamato “adattamento”. Le cellule sensibili ad alte dosi di veleni dei microtubuli muoiono durante l’arresto mitotico o dopo l’uscita mitotica. Per decenni ci si aspettava che i veleni dei microtubuli esercitassero attività antitumorale arrestando le cellule nella mitosi. Questa aspettativa ha portato allo sviluppo di nuovi farmaci antimitotici che arrestano le cellule nella mitosi senza influenzare i microtubuli. Sebbene questi farmaci abbiano avuto un grande successo nel causare l’arresto mitotico, sfortunatamente non hanno mostrato un’efficacia simile a quella delle terapie mirate ai microtubuli negli studi clinici. Le ragioni di ciò non erano chiare”.
“Quindi, dopo la mitosi si hanno cellule figlie che non sono più geneticamente identiche e hanno perso i cromosomi”, afferma Weaver. “Abbiamo calcolato che se una cellula perde almeno il 20% del suo contenuto di DNA, è molto probabile che morirà“.
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Spiegano gli autori:
“Gli agenti mirati ai microtubuli sono comunemente usati per il trattamento del cancro, sebbene molti pazienti non ne traggano beneficio. Si presumeva che i farmaci mirati ai microtubuli stimolassero l’attività antitumorale attraverso l’arresto mitotico perché causano la morte cellulare in seguito all’arresto mitotico nella coltura cellulare. Tuttavia, abbiamo recentemente dimostrato che le concentrazioni intratumorali di Paclitaxel sono insufficienti per indurre l’arresto mitotico e piuttosto indurre instabilità cromosomica (CIN) attraverso i fusi mitotici multipolari. Qui, mostriamo nel cancro al seno metastatico e nei relativi modelli cellulari umani che questo meccanismo è conservato tra i veleni dei microtubuli clinicamente utili. Mentre le divisioni multipolari tipicamente producono una progenie non vitale, i fusi multipolari possono essere focalizzati in fusi bipolari quasi normali in qualsiasi fase della mitosi. Utilizzando un nuovo metodo per quantificare il tasso di CIN, dimostriamo che la morte cellulare è correlata positivamente alla perdita netta di DNA. La focalizzazione del fuso diminuisce la stabilità cromosomica CIN e provoca resistenza a diversi veleni dei microtubuli, che possono essere contrastati con l’aggiunta di un farmaco che aumenta la CIN senza influenzare la polarità del fuso. Questi risultati dimostrano meccanismi conservati di azione e resistenza per diversi agenti mirati ai microtubuli”.
“Questi risultati rivelano la probabile ragione per cui i farmaci chemioterapici, veleni dei microtubuli, sono efficaci per molti pazienti. È importante sottolineare che aiutano anche a spiegare perché i tentativi di trovare nuovi farmaci chemioterapici basati esclusivamente sull’arresto della mitosi sono stati così deludenti“, afferma Weaver.
“Abbiamo preso la strada sbagliata”, dice. “Dobbiamo concentrare nuovamente i nostri sforzi per rovinare la mitosi, per peggiorare la segregazione cromosomica“.
Fonte: PLOS Biology
