Unraveling the molecular targets of new ruthenium-based anticancer drugs

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is one of the most commonly diagnosed cancers worldwide. Nowadays, there are limited chemotherapeutic agents available for the treatment of CRC, which is frequently accompanied by severe side effects and acquisition of resistance. Moreover, CRC that harbor mutations in KRAS or BRAF and/or PIK3CA associated with EGFR overexpression do not respond to EGFR inhibitors available. This constitutes a clinical relevant problem that needs to be overcome. Ruthenium (Ru) drugs had arisen as one of the most promising metallodrugs with characteristics that increase their specificity and selectivity toward cancer cells. For these reasons, three new multifunctional polymer-metal conjugates of ruthenium (RuPMC) were synthesized, one taking advantage of Ru anticancer properties (PMC79) and two resulting from Ru functionalization to improve the targeting approach (PMC78 and PMC85). Here, we aimed to assess the effect of the newly synthesized Ru compounds in CRC cells with different genetic background and unravel their mechanisms of action and molecular targets. For that matter, we studied the effect of Ru compounds on cell proliferation, cell cycle and cell death. Further, we evaluated the effect of Ru compounds on the expression of proteins associated to different signaling pathways and of GLUT1. We also analyzed their effect on actin filaments of the cytoskeleton. The results showed that our compounds induce apoptosis but do not interfere with cell cycle. Moreover, the Ru compounds influence differently the expression of AKT and ERK. The most interesting result was observed with PMC79 in SW480 cells, which decreased the expression levels of p-AKT and p-ERK proteins. We also observed that the RuPMCs affect the actin cytoskeleton and β-actin expression. Additionally, we could observe that PMC79 upregulated the expression of GLUT1 in SW480 cells, and the combination of PMC79 with STF- 31 results in a synergistic effect which potentiate the Ru compound effect. Our compounds seem to affect differently the two cell lines, being SW480 the most sensitive cell line, mainly to the compound PMC79, however, PMC78 and PMC85 also showed very promising results. In this work, the first steps were taken toward the discovery of the molecular targets and mechanism of action of new Ru compounds in CRC cells, that might be promising agents for CRC therapy.

O cancro colorretal (CCR) é um dos cancros mais diagnosticados em todo o mundo. Atualmente, existem poucas drogas disponíveis para o tratamento de CCR, que é frequentemente acompanhado de efeitos secundários e aquisição de resistência. CCR com mutações em KRAS ou BRAF e/ou PIK3CA associado à sobre expressão de EGFR não respondem aos inibidores de EGFR disponíveis. O que constitui um grave problema clínico que precisa de ser resolvido. As drogas de ruténio (Ru) surgiram como opções promissoras, com características que aumentam a sua especificidade e seletividade para as células cancerígenas. Por estas razões, três novos conjugados multifuncionais polímero-ruténio foram sintetizados, um juntando as propriedades anticancerígenas do Ru (PMC79), e dois resultantes da funcionalização do Ru, a fim de melhorar a abordagem ao alvo (PMC78 e PMC85). Neste trabalho pretendemos avaliar o efeito de compostos de Ru recentemente sintetizados em células de CCR com diferentes características genéticas e descobrir os seus mecanismos de ação e alvos moleculares. Para isso, foi estudado o efeito dos compostos na proliferação celular, ciclo celular e morte celular. Também avaliamos o efeito dos compostos na expressão de proteínas associadas a diferentes vias de sinalização e do GLUT1, e o seu efeito nos filamentos de actina do citoesqueleto. Os resultados mostraram que os compostos induzem apoptose, mas não interferem com o ciclo celular. Para além disso, influenciam de forma diferente a expressão de AKT e ERK. O resultado mais interessante foi observado com o composto PMC79 na linha celular SW480, que diminuiu os níveis de expressão de AKT e ERK. Observamos também que os compostos afetam o citoesqueleto e a expressão de β-actina. Adicionalmente, o composto PMC79 induziu um aumento da expressão de GLUT1 na linha celular SW480 e a combinação de PMC79 com STF- 31 resultou num efeito sinergístico que potenciou o efeito do composto de Ru. Os nossos compostos parecem afetar as duas linhas celulares de forma diferente, sendo a linha celular SW480 mais sensível, principalmente ao composto PMC79, no entanto os compostos PMC78 e PMC85 também mostraram resultados muito promissores. Neste trabalho foram dados os primeiros passos em direção à descoberta dos alvos moleculares e mecanismo de ação destes novos compostos de Ru em células de CCR, que podem vir a ser drogas promissores para a terapia de CCR.