Dvostruki udarac za rak: Mangan hiperaktivira senzor stresa i ubija tumore

Znanstvenici s Instituta za biofiziku Kineske akademije znanosti (CAS), Sveučilišta u Minnesoti i američkog Nacionalnog instituta za rak (NCI), predvođeni profesorom Wang Likunom, objavili su studiju u časopisu iScience koja pokazuje da dvovalentni manganovi ioni (Mn²⁺) mogu doslovno „dovesti stanice raka do samouništenja“ prekomjernom aktivacijom senzora stresa endoplazmatskog retikuluma IRE1α i induciranjem apoptoze putem RIDD i JNK puteva.

Pozadina: UPR i uloga IRE1α

1. Kontrola kvalitete proteina. Pogrešno savijeni proteini nakupljaju se unutar endoplazmatskog retikuluma (ER) stanica, pokrećući „ER stresni odgovor“ (UPR) putem tri senzora: IRE1α, PERK i ATF6.

2. Dvojna priroda IRE1α.

• Adaptivna aktivacija: umjereni stres ER-a inducira spajanje XBP1 → obnova homeostaze.
• Terminalni odgovor: Pod jakim ili dugotrajnim stresom, IRE1α deaktivira XBP1 granu i umjesto toga pokreće RIDD- (Regulirani IRE1α-ovisni raspad) i JNK-posredovane kaskade → apoptoza.

Ova dvojnost dugo je fascinirala onkologe, ali prevladavajuća ideja bila je suzbijanje IRE1α kako bi se oslabila adaptivna obrana tumora. Nova studija predlaže suprotan pristup: hiperaktivaciju IRE1α.

Eksperimentalni protokol i ključne metode

1. Stanična kultura:

   • Rak dojke (MCF-7), hepatocelularni karcinom (HepG2) i normalne kontrolne stanične linije (HEK293).

   • Dodavanje MnCl₂ (0–200 µM) tijekom 24–48 sati.

2. Biokemijska provjera aktivacije IRE1α:

   • Fosforilacija IRE1α (Western blot) povećavala se ovisno o dozi pri 50–100 µM Mn²⁺.

   • RNazna aktivnost (RIDD): Raspad ciljnih mRNA (Blos1, Sparc) mjeren je qPCR-om.

   • JNK put: razine p-JNK i njegovih supstrata (c-Jun) povećale su se 2-3 puta.

3. Spajanje XBP1:

   • RT-PCR testiranje pokazalo je da Mn²⁺ ne povećava razinu XBP1s splajs varijante, tj. specifično preopterećuje terminalnu granu UPR-a.

4. Apoptoza i preživljavanje stanica:

   • Protočna citometrija (Annexin V/PI) otkrila je do 60% apoptotičkih stanica nakon 48 sati tretmana sa 100 µM Mn²⁺;

   • MTT analiza potvrdila je smanjenje održivosti do 30% u linijama raka pri istoj dozi, dok su normalne stanice zadržale 80% preživljavanja.

5. Molekularna kontrola:

   • Genetski nokaut IRE1α (CRISPR–Cas9) potpuno je ukinuo citotoksičnost Mn²⁺, pokazujući ovisnost o IRE1α.

   • Primjena inhibitora JNK male molekule (SP600125) smanjila je apoptozu za približno 50%, što ukazuje na uključenost ove grane.

Preklinički in vivo modeli

1. Mišji model raka dojke:

   • Intratumoralna primjena MnCl₂ (1 mM, 20 µL) dva puta tjedno tijekom 3 tjedna.

   • Rast tumora: U više od 80% slučajeva tumori su se smanjili ili stabilizirali; u kontrolnoj skupini nastavili su napredovati.

2. Toksičnost i sigurnost:

   • Biokemija krvi (ALT, AST, kreatinin) ostala je unutar normalnih granica.

   • Histologija organa (jetra, bubrezi, srce) bez uočenih oštećenja.

3. Ekspresija apoptotičkih markera:

   • Povećana aktivnost kaspaze-3 i TUNEL-pozitivnih stanica u tumorskim mjestima.

Značenje i perspektive

„Prvi put smo pokazali da selektivna prekomjerna aktivacija IRE1α s Mn²⁺ obrće UPR protokol u tumorskim stanicama, dajući prioritet apoptozi“, objašnjava prof. Wang Likun. „Ovo otvara novu granu terapije raka, gdje umjesto da potiskujemo obrambene putove, mi ih 'preopterećujemo'.“

• Kontrastno sredstvo i onkoterapija? Mangan se već koristi u kontrastnim sredstvima za magnetsku rezonancu, što može olakšati brzo prevođenje terapije.
• Razvoj donora Mn²⁺: ciljani nanodonori koji isporučuju Mn²⁺ specifično tumoru, minimizirajući sistemsku izloženost.
• Kombinacija s imunoterapijom: pojačana apoptoza može povećati proizvodnju neoantigena i poboljšati odgovor na inhibitore kontrolnih točaka.

Autori naglašavaju nekoliko ključnih točaka:

• Nova paradigma za UPR terapiju
  „Pokazali smo da umjesto suzbijanja UPR senzora IRE1α, moguće je postići antitumorski učinak njegovom prekomjernom aktivacijom“, kaže prof. Wang Likun (CAS). „Ovo otvara novu strategiju za terapiju raka temeljenu na 'preopterećenju' ER stresom.“

• Specifičnost mehanizma
  „Mn²⁺ selektivno stimulira RIDD i JNK grane IRE1α bez aktiviranja adaptivnog XBP1s puta“, napominje dr. Li Chang (NCI). „Ovaj 'pristran' odgovor osigurava apoptozu tumorskih stanica s minimalnim utjecajem na normalne stanice.“

• Izgledi za kliničku primjenu
  „Budući da se mangan već koristi kao kontrastno sredstvo u magnetskoj rezonanciji, imamo sve šanse brzo prilagoditi donore Mn²⁺ za kliniku“, komentira prof. Sarah Lee (Minnesota). „Sljedeći korak je razvoj ciljanih sustava za dostavu u tumor.“

• Potencijal za kombiniranu terapiju
  „Prekomjerna aktivacija IRE1α može pojačati proizvodnju neoantigena i poboljšati odgovor na imunoterapiju“, dodaje dr. Tanaka (CAS). „Kombinacija Mn²⁺ s inhibitorima kontrolnih točaka obećava sinergijski učinak.“

• Sigurnost i selektivnost
  „U našim predkliničkim modelima, Mn²⁺ nije uzrokovao oštećenje normalnih tkiva niti povećao sistemsku toksičnost“, napominje dr. Martinez (Minn.). „To je ključno za prelazak na klinička ispitivanja.“

Ova studija postavlja novi smjer u liječenju raka kontroliranom aktivacijom staničnog stresnog odgovora i uvodi mangan kao antitumorski agens sposoban preopteretiti mehanizme preživljavanja stanica raka.