Descubrimiento y evaluación preclínica de nuevas entidades químicas bio-inspiradas con actividad antitumoral en neoplasias hematológicas

Abstract

Las neoplasias hematológicas (NH) constituyen la segunda causa de muerte por tumores malignos en Europa. Aunque los avances terapéuticos han mejorado la calidad de vida de los pacientes, aún existen importantes limitaciones como son los altos costes económicos, la toxicidad a largo plazo o la aparición de resistencia a los tratamientos. Este es el caso del imatinib, el tratamiento de primera línea para la leucemia mieloide crónica (LMC). El objetivo de esta tesis es el descubrimiento y evaluación preclínica de nuevas entidades de pequeño tamaño molecular con mecanismos de acción alternativos o complementarios a la terapia convencional utilizada en las NH. Para ello, se realizó un cribado de cuatro quimiotecas, basado en cambios fenotípicos en líneas celulares de NH. Así, se seleccionó la quimioteca de análogos del híbrido naftoquinona-cumarina por su interesante relación estructura-actividad. Los estudios predictivos in silico de los procesos ADME y de las interacciones moleculares (docking) permitieron la selección del híbrido naftoquinona-pirona JKST6, por las siguientes propiedades: 1) características fisicoquímicas y de biodisponibilidad favorables para su desarrollo y 2) valores de docking óptimos con BCR-ABL1 y JAK2, dos dianas moleculares implicadas en la carcinogénesis de las NH. El compuesto JKST6 posee elevada potencia y selectividad frente a células de LMC, caracterizadas por la actividad oncogénica de BCR-ABL1 y STAT5. En este modelo, el compuesto reduce la viabilidad y la proliferación de las células leucémicas, debido en parte a la parada del ciclo celular. El JKST6 provoca dos eventos muy tempranos: un incremento en la poliubiquitinación de proteínas y una respuesta celular al daño genómico que, probablemente, contribuyen a la activación de la apoptosis por vía extrínseca e intrínseca. La base molecular que sustenta los efectos anti-LMC del JKST6 es la inhibición de la vía de señalización BCR-ABL1/STAT5/ (PIM1, c-MYC), esencial en la supervivencia de estas células. Dicho efecto anti-LMC se asocia con una reducción rápida del nivel proteico de BCR-ABL1. Desde el punto de vista clínico, cabe destacar que el JKST6 potencia la eficacia anti-LMC del imatinib, incluyendo la inhibición de STAT5. En células resistentes a imatinib, el JKST6 mantiene su eficacia antitumoral y, además, restaura la sensibilidad al imatinib en aquellas células cuyo mecanismo de resistencia principal es la sobreexpresión de BCR-ABL1. En resumen, esta tesis demuestra que el cribado fenotípico e in silico de quimiotecas ricas en naftoquinonas representa una estrategia muy eficaz para identificar nuevos moduladores multiquinasa alternativos o complementarios a los inhibidores específicos de BCR-ABL1, con alto potencial para pacientes cuya resistencia al imatinib se debe a la sobreexpresión de BCR-ABL1.

Hematological Neoplasms (HN) are the second leading cause of death from malignant tumors in Europe. Despite therapeutic advances have improved the quality of life of patients, there are still important limitations such as high economic costs, long-term toxicity, or emergence of resistance to these treatments. This is the case of imatinib, the first line treatment for chronic myeloid leukemia (CML). The aim of this thesis is the discovery and preclinical development of new entities with alternative or complementary mechanisms of action to the conventional medication used in HN therapies. To this end, a phenotypic screening of four chemical libraries in human HN cells was performed. In this screening, the naphthoquinone-coumarin hybrid analogues were selected due to their interesting structure-activity relationship. The predictive in silico studies of ADME processes and molecular docking allowed the selection of the naphthoquinone-pyrone hybrid (JKST6) with the following properties: 1) advantageous physicochemical and bioavailability properties for its development and 2) optimal docking values with BCR-ABL1 and JAK2, two molecular targets involved in HN carcinogenesis. The JKST6 compound owns high potency and selectivity against CML cells, characterized by the oncogenic activity of BCR-ABL1 and STAT5. In this model, the compound reduces cell viability and proliferation, due in part to the induction of cell cycle arrest. The JKST6 provokes two early events: an increase of polyubiquitinated proteins and a cell response to genomic damage that may contribute to the activation of extrinsic and intrinsic apoptosis. The molecular basis for the anti-CML effects of JKST6 is the inhibition of the BCR-ABL1/STAT5/(PIM1, c-MYC) signaling pathway, which is essential for the survival of these cells. This anti-CML effect is associated with BCR-ABL1 rapid protein depletion. Clinically relevant, it is worth noting that the JKST6 potentiates the anti-CML efficacy of imatinib, including STAT5 inhibition. In imatinib-resistant cells, JKST6 maintains the anti-tumor efficacy and, in addition, restores sensitivity to imatinib in cells whose primary mechanism of resistance is overexpression of BCR-ABL1. In summary, this thesis demonstrates that phenotypic and in silico screening of naphthoquinone-rich chemical libraries represents a highly effective strategy to identify novel alternative or complementary multikinase modulators to specific BCR-ABL1 inhibitors, with high potential for patients whose resistance to imatinib is due to BCR-ABL1 overexpression.