O strategie bazată pe inteligență artificială dezvăluie terapii capabile să reconfigureze și să elimine celulele stem canceroase

Într-un studiu publicat recent, cercetătorii de la University of California San Diego au demonstrat o nouă abordare de terapie de diferențiere pentru cancerul colorectal, bazată pe reactivarea expresiei factorului de transcripție CDX2 – un supresor tumoral esențial pentru menținerea identității celulelor epiteliale intestinale. Printr-o metodă computațională avansată, echipa a identificat PRKAB1 drept o țintă terapeutică capabilă să declanșeze un lanț molecular care duce la diferențierea și moartea selectivă a celulelor stem canceroase.
Lipsa diferențierii este o caracteristică fundamentală a cancerelor solide. Terapia de diferențiere a avut succes în malignitățile hematologice, cum ar fi leucemia promielocitară acută, unde acidul retinoic a transformat complet prognosticul pacienților. Cu toate acestea, această strategie nu a fost transpusă în carcinoame din cauza heterogenității tumorale complexe care maschează existența și comportamentul celulelor stem canceroase (CSC).

CDX2, un factor de transcripție implicat în diferențierea epiteliului colonic, este absent în aproximativ 9% dintre cancerele colorectale. Numeroase studii (peste 13.000 de pacienți) au demonstrat că pierderea expresiei CDX2 se corelează cu prognostic nefavorabil, grad redus de diferențiere și răspuns crescut la chimioterapie. În ciuda importanței sale biologice, nu exista până acum o strategie farmacologică viabilă pentru inducerea CDX2 în tumori.

Despre studiu

Metodologie și design computațional

Cercetătorii au folosit o metodă avansată de transcriptomică de rețea bazată pe logică booleană, denumită Boolean Network Explorer (BoNE), pentru a construi o rețea direcționată a evenimentelor de diferențiere din epiteliul colonic. Folosind CDX2 ca „genă-seed”, echipa a dezvoltat platforma CANDiT (Cancer-Associated Nodes for Differentiation Targeting), destinată identificării nodurilor terapeutice care pot restabili diferențierea.

Analiza a inclus un set eterogen de 1.662 de cancere colorectale, 68 de adenoame și 170 de țesuturi normale, generând o rețea de nouă clustere genice. Din această rețea, PRKAB1 a fost identificat drept cea mai promițătoare țintă pentru reactivarea CDX2. Molecula PF-06409577, un agonist selectiv PRKAB1 validat clinic în studii de fază I, a fost selectată pentru testarea experimentală.

Validarea în modele celulare și animale

În linii celulare de cancer colorectal slab diferențiate (HCT116 și SW480), tratamentul cu PF-06409577 a indus moarte celulară în decurs de 48 de ore (IC50 ≈ 6–7 μM), în timp ce liniile CDX2-pozitive au rămas rezistente (IC50 > 20 μM). În paralel, s-au observat:

• Creșterea expresiei CDX2 la nivel transcriptomic și proteic;
• Reducerea markerilor de stem (precum CCDC88A);
• Activarea proceselor de apoptoză și diferențiere epitelială.

În modele de xenogrefe de șoarece, tratamentul cu PF a redus volumul tumoral cu 68% și a crescut supraviețuirea cu 62,5%. Histologic, tumorile tratate au prezentat structuri glandulare, expresie nucleară CDX2 restabilită și polaritate epitelială reformată.

Validarea pe organoide derivate de la pacienți

Într-un set de 23 de organoide tumorale și 3 sănătoase, PF a demonstrat activitate selectivă în CDX2-low PDO-uri, fără toxicitate în organoidele normale. Inducerea CDX2 a fost corelată cu expresia PRKAB1 și cu sensibilitatea terapeutică. Analizele au arătat că:

• CDX2 este principalul predictor al răspunsului la PF;
• KRAS mutat limitează beneficiul terapiei, dar nu îl elimină complet;
• PF nu afectează celulele stem normale, ci doar CSC din tumori CDX2-low.

Rezultate

Reprogramarea transcriptomică și selectivitatea terapeutică

Analiza transcriptomică a confirmat îndeplinirea celor trei criterii predefinite de eficacitate:

• Reinstaurarea expresiei CDX2;
• Inducerea markerilor celulelor diferențiate (enterocite și celule caliciforme);
• Suprimarea genelor asociate tipologiei stem tumorale.

Terapia a declanșat o reprogramare globală, cu reprimarea factorilor Yamanaka, a semnalizării Wnt/β-catenină și a căilor de supraviețuire CSC, în timp ce celulele normale au rămas neafectate. Această selectivitate de stare celulară este atribuită reactivării căii SPS (Stress Polarity Signaling), care restabilește integritatea joncțiunilor celulare doar în celulele epiteliale normale, dar destabilizează CSC.

Semnătura moleculară și impactul clinic

Analiza integrată a identificat o semnătură de 50 de gene care reflectă răspunsul la reinstaurarea CDX2. Această semnătură s-a corelat cu:

• Supraviețuire mai bună (RFS/DFS) în toate cohortele analizate;
• Risc dublu de recurență la pacienții cu expresie ridicată a semnăturii;
• Prognostic superior pentru tumorile KRAS wild-type tratate sau cu expresie CDX2 crescută.

Terapia cu PF a indus subtipul molecular CMS1 (sensibil la imunoterapie) și a redus CMS4 (cu prognostic nefavorabil). În consecință, CDX2-restaurarea amplifică sensibilitatea tumorilor la chimioterapie, terapii anti-EGFR și imunoterapie.

Mecanismul de acțiune și implicațiile terapeutice

PF-06409577 activează PRKAB1, care, prin intermediul căii SPS, restabilește polaritatea epitelială și inhibă semnalizarea oncogenică dependentă de YAP și Wnt/β-catenină. Acest mecanism declanșează diferențierea celulelor stem canceroase și moartea lor programată, fără a afecta celulele stem normale. Prin urmare, terapia nu doar reactivează identitatea tisulară pierdută, ci și anulează programele de supraviețuire tumorală.

Concluzii

Platforma CANDiT oferă o strategie rațională, bazată pe învățare automată, pentru dezvoltarea terapiilor de diferențiere în cancerele solide. Rezultatele demonstrează că:

• PRKAB1 este o țintă validată pentru reinstaurarea expresiei CDX2 în cancerul colorectal;
• PF-06409577 este un agonist sigur, capabil să declanșeze diferențierea și apoptoza selectivă a CSC;
• Semnătura transcriptomică derivată (50 de gene) servește drept biomarker companion pentru răspunsul terapeutic;
• Terapia are potențial de reducere cu ~50% a riscului de recidivă și mortalitate în cancerele CDX2-low.

Aceste descoperiri creează premisele pentru studii clinice CDX2-ghidate cu PF-06409577, deschizând calea către o nouă generație de terapii de diferențiere, capabile să elimine selectiv celulele stem canceroase și să refacă identitatea tisulară pierdută în cancerul colorectal.