Identifizierung neuer Substanzen für die zielgerichtete Behandlung der MACC1-vermittelten Metastasierung

Abstract

Background: Colorectal cancer (CRC) is one of the leading causes of cancer-associated death worldwide. Metastasis of CRC is directly linked to patient survival and the main cause of global CRC mortality. Therefore, it is a clinical need to find novel anti-metastatic drugs. MACC1 (Metastasis Associated in Colon Cancer 1) is a causal key molecule for metastasis, driving tumor progression and metastasis formation. High MACC1 expression was found in many tumor entities and is prognostic for metastasis and poor survival. In order to provide a therapeutic option for patients diagnosed with high MACC1 expression, it is necessary to provide novel inhibitors of MACC1 gene expression. Methods: We aimed to target MACC1 expression using the independent pMACC1- luciferase reporter‐based high-throughput screening (HTS), testing over 118,500 compounds from the largest academic library of Germany. The HTS was performed at the European Molecular Biology Laboratory (EMBL), Heidelberg, Germany. The most promising compounds were characterized in vitro using luciferase assay, qRT-PCR, Western Blot, Cell viability, Migration and Wound-healing assays. Additionally, commercially available derivatives were tested. The most promising candidate molecules were tested in vivo for their metastasis inhibitory effects. Results: From the HTS, we found novel compounds that act as potent MACC1 transcriptional inhibitors. We identified even more effective derivatives of the intially identified lead compounds. Furthermore, these compounds not only inhibited MACC1 expression and MACC1 associated functions in vitro, but also restricted MACC1- induced tumor progression and metastasis formation in a xenograft mouse model. Conclusions: We identified novel compounds for MACC1 inhibition that might be used for targeted therapy of MACC1-driven metastasis. These compounds need further development in order to optimize tolerability, bioavailability and effectivity, bring therapeutic value to colon cancer patients in the future.

Hintergrund: Darmkrebs (CRC) ist weltweit eine der häufigsten Ursachen für krebsbedingte Todesfälle. Die Metastasierung des CRC steht in direktem Zusammenhang mit dem Überleben der Patienten. Sie ist die Hauptursache für die weltweite CRC-Sterblichkeit, kann aber nur begrenzt vorhergesagt werden. Daher ist es ein klinisches Bedürfnis, neue antimetastatische Arzneimittel zu finden. MACC1 (Metastasis Associated in Colon Cancer 1) ist ein kausales Schlüsselmolekül, das Tumorprogression und Metastasierung fördert.Hohe MACC1-Expressionen wurden in vielen Tumoren gefunden und das ist prognostisch für Metastasen und schlechtes Überleben. Um Patienten mit hoher intratumoraler MACC1-Expression eine spezifische therapeutische Option anbieten zu können, ist es notwendig, neuartige Inhibitoren der MACC1-Genexpression zu entwickeln. Methoden: Die MACC1-Expression wurde mit Hilfe eines unabhängigen, auf dem pMACC1-Luziferase-Reporter basierenden Hochdurchsatz-Screenings (HTS) untersucht. In diesem HTS wurden über 118,500 Substanzen aus der größten akademischen Substanzbibliothek Deutschlands getestet. Das HTS wurde am Europäischen Laboratorium für Molekularbiologie (European Molecular Biology Laboratory EMBL, Heidelberg, Deutschland) durchgeführt. Die vielversprechendsten Verbindungen wurden in vitro mittels Luciferase-Assay, qRT-PCR, Western Blot, Zellvitalitäts-, Migrations- und Wundheilungstests charakterisiert. Zusätzlich wurden kommerziell erhältliche Derivate getestet. Die vielversprechendsten Kandidatenmoleküle wurden in vivo auf ihre Metastasen-inhibierende Wirkung getestet. Ergebnisse: Im Rahmen des HTS konnten wir neue Substanzen, die als potente MACC1-Transkriptionsinhibitoren wirken, identifizieren. Die Derivate der anfänglich identifizierten Leitsubstanz zeigten eine erhöhte Wirksamkeit. Darüber hinaus hemmten diese Verbindungen nicht nur die MACC1-Expression und MACC1-assoziierte Funktionen in vitro, sondern inhibierten auch die MACC1-induzierte Tumorprogression und Metastasenbildung in einem Xenotransplantat-Mausmodell. Schlussfolgerungen: Im Rahmen dieser Arbeit identifizierten wir neue Substanzen zur Hemmung der MACC1 Genexpression. Sie könnten in Zukunft für eine gezielte Therapie der MACC1-gesteuerten Metastasierung eingesetzt werden. Diese Substanzen müssen nun weiter entwickelt werden, um z.B. Verträglichkeit, Bioverfügbarkeit und Wirksamkeit weiter zu optimieren. Diese optimierten Substanzen stellen eine neue Therapieoption das, die in Zukunft einen therapeutischen Nutzen für Darmkrebspatienten erzielen kann.