מכה כפולה לסרטן: מנגן מפעיל יתר על המידה את חיישן הלחץ והורג גידולים

מדענים מהמכון לביופיזיקה של האקדמיה הסינית למדעים (CAS), אוניברסיטת מינסוטה והמכון הלאומי לסרטן בארה"ב (NCI), בראשות פרופסור וואנג ליקון, פרסמו מחקר ב- iScience המדגים כי יוני מנגן דו-ערכיים (Mn²⁺) יכולים פשוטו כמשמעו "להניע תאי סרטן להרס עצמי" על ידי הפעלה יתר של חיישן הלחץ IRE1α ב-ER וגרימת אפופטוזיס דרך מסלולי RIDD ו-JNK.

רקע: UPR ותפקידו של IRE1α

1. בקרת איכות חלבונים. חלבונים מקופלים בצורה שגויה מצטברים בתוך הרשת האנדופלסמית (ER) של תאים, ומפעילים את "תגובת הלחץ של ER" (UPR) באמצעות שלושה חיישנים: IRE1α, PERK ו-ATF6.

2. טבע כפול של IRE1α.

• הפעלה אדפטיבית: עקה מתונה של ER גורם לשחבור XBP1 → שחזור הומאוסטזיס.
• תגובה סופנית: תחת לחץ חמור או ממושך, IRE1α מבטל את ענף XBP1 ובמקום זאת מפעיל מפלים בתיווך RIDD (דעיכה תלויה ב-IRE1α) ו-JNK → אפופטוזיס.

דואליות זו ריתקה אונקולוגים זה מכבר, אך הרעיון הרווח היה לדכא IRE1α כדי להחליש את ההגנות האדפטיבית של הגידול. המחקר החדש מציע את הגישה ההפוכה: הפעלה יתר של IRE1α.

פרוטוקול ניסיוני ושיטות מפתח

1. תרבית תאים:

   • סרטן השד (MCF-7), קרצינומה הפטוצלולרית (HepG2) וקווי תאים תקינים בקבוצת הביקורת (HEK293).

   • הוספת MnCl₂ (0–200 מיקרומולר) למשך 24–48 שעות.

2. אימות ביוכימי של הפעלת IRE1α:

   • זרחון IRE1α (Western blot) גדל באופן תלוי מינון ב-50-100 מיקרומולר Mn²⁺.

   • פעילות RNase (RIDD): דעיכה של mRNAs מטרה (Blos1, Sparc) נמדדה על ידי qPCR.

   • מסלול JNK: רמות p-JNK והסובסטרטים שלו (c-Jun) עלו פי 2-3.

3. שחבור XBP1s:

   • בדיקות RT-PCR הראו ש-Mn²⁺ אינו מעלה את רמת גרסת השחבור XBP1s, כלומר הוא מעמיס באופן ספציפי על הענף הטרמינלי של ה-UPR.

4. אפופטוזיס והישרדות תאים:

   • ציטומטריית זרימה (Annexin V/PI) גילתה עד 60% תאים אפופטוטיים לאחר 48 שעות של טיפול עם 100 מיקרומולר Mn²⁺;

   • ניתוח MTT אישר ירידה בכדאיות של עד 30% בקווי סרטן באותו מינון, בעוד שתאים נורמליים שמרו על הישרדות של 80%.

5. בקרה מולקולרית:

   • נוקאאוט גנטי של IRE1α (CRISPR–Cas9) ביטל לחלוטין את הציטוטוקסיות של Mn²⁺, מה שמדגים תלות ב-IRE1α.

   • מתן מעכבי JNK עם מולקולות קטנות (SP600125) הפחית אפופטוזיס בכ-50%, דבר המצביע על מעורבות של ענף זה.

מודלים פרה-קליניים in vivo

1. מודל עכבר של סרטן השד:

   • מתן תוך-גידולי של MnCl₂ (1 mM, 20 µL) פעמיים בשבוע במשך 3 שבועות.

   • צמיחת גידול: ביותר מ-80% מהמקרים, הגידולים הצטמקו או התייצבו; קבוצת הביקורת המשיכה להתקדם.

2. רעילות ובטיחות:

   • הביוכימיה של הדם (ALT, AST, קריאטינין) נותרה בטווח הנורמלי.

   • היסטולוגיה של איברים (כבד, כליות, לב) ללא נזק שזוהה.

3. ביטוי של סמנים אפופטוטיים:

   • פעילות מוגברת של תאים חיוביים ל-caspase-3 ו-TUNEL באתרי גידול.

משמעות וסיכויים

"הראינו לראשונה כי הפעלה יתר סלקטיבית של IRE1α עם Mn²⁺ הופכת את פרוטוקול ה-UPR בתאי גידול, ונותנת עדיפות לאפופטוזיס", מסביר פרופ' וואנג ליקון. "זה פותח ענף חדש של טיפול בסרטן, שבו במקום לדכא מסלולי הגנה, אנו 'מעמיסים' עליהם יתר על המידה."

• חומר ניגוד ואונקותרפיה? מנגן כבר נמצא בשימוש בחומרי ניגוד ב-MRI, דבר שעשוי להקל על תרגום מהיר של הטיפול.
• פיתוח תורמי Mn²⁺: ננו-תורמים ממוקדים המספקים Mn²⁺ באופן ספציפי לגידול, תוך מזעור חשיפה מערכתית.
• שילוב עם אימונותרפיה: אפופטוזיס מוגבר עשוי להגביר את ייצור הנאואנטיגנים ולשפר את התגובה למעכבי בקרה.

המחברים מדגישים מספר נקודות מרכזיות:

• פרדיגמה חדשה לטיפול UPR
  "הראינו שבמקום לדכא את חיישן ה-UPR IRE1α, ניתן להשיג אפקט אנטי-גידולי על ידי הפעלתו המוגזמת", אומר פרופ' וואנג ליקון (CAS). "זה פותח אסטרטגיה חדשה לטיפול בסרטן המבוססת על 'עומס יתר' של לחץ בחדר מיון."

• הספציפיות של המנגנון
  "Mn²⁺ מגרה באופן סלקטיבי את ענפי RIDD ו-JNK של IRE1α מבלי להפעיל את מסלול XBP1s האדפטיבי", מציין ד"ר לי צ'אנג (NCI). "תגובה 'מוטה' זו מבטיחה אפופטוזיס של תאי גידול עם השפעה מינימלית על תאים נורמליים."

• סיכויים לתרגום קליני
  "מכיוון שמנגן כבר משמש כחומר ניגוד ב-MRI, יש לנו כל הזדמנות להתאים במהירות תורמי Mn²⁺ למרפאה", מעירה פרופ' שרה לי (מינסוטה). "הצעד הבא הוא לפתח מערכות אספקה ממוקדות לגידול."

• פוטנציאל לטיפול משולב
  "הפעלה יתר של IRE1α עשויה להגביר את ייצור הנאו-אנטיגנים ולשפר את התגובה לאימונותרפיה", מוסיף ד"ר טנאקה (CAS). "השילוב של Mn²⁺ עם מעכבי נקודות בקרה מבטיח אפקט סינרגטי."

• בטיחות וסלקטיביות
  "במודלים הפרה-קליניים שלנו, Mn²⁺ לא גרם נזק לרקמות רגילות או הגביר את הרעילות המערכתית", מציין ד"ר מרטינז (מינסוטה). "זה קריטי למעבר לניסויים קליניים."

מחקר זה קובע מסלול חדש לטיפול בסרטן באמצעות הפעלה מבוקרת של תגובת הלחץ התאית ומציג מנגן כחומר אנטי-גידולי המסוגל להעמיס על מנגנוני הישרדות של תאי סרטן.