eRapport

Økt effekt av kreftbehandling ved hjelp av inhibering av DNA reparasjon og cellesykluskontroll

Prosjekt
Prosjektnummer
46052100
Ansvarlig person
Marit Otterlei
Institusjon
NTNU, IKM
Prosjektkategori
Flerårig prosjekt 2011
Helsekategori
Cancer
Forskningsaktivitet
5. Treatment Developement
Rapporter
2014 - sluttrapport
Utvikling av APIM-peptider til bruk i kreftbehandling Ved å hindre/skru av cellenes naturlige forsvar mot cellulært stress, for eksempel stress indusert av cellegift eller stråling, kan man øke effekten av behandlingen. Kreftceller er mer følsomme for dette enn normale celler fordi de allerede har mistet noen av sine kontrollpunkt. Bakgrunn: Ved cellegiftbehandling ønsker man å påføre kreftcellene så mye skade at kreftcellene dør. Grunnen til at denne strategien dreper flere kreftceller enn friske celler er at kreftcellene oftest deler seg raskere enn normale celler og at de i tillegg har mistet sine naturlige kontrollmekanismer. I cellene finnes det mange ulike kontrollmekanismer som stopper cellene fra å dele seg før skaden er blitt reparert, og mange ulike mekanismer for å reparere ulike skader. Alle disse kontroll- og reparasjonspunktene er normalt ønskelig i cellene, men i forbindelse med cellegiftbehandling er de derimot uønsket fordi de reduserer effekten av behandlingen. Forskningsresultat: Vi identifiserte i 2009 en bindingssekvens (APIM) i mer enn 200 ulike reparasjons- og kontrollproteiner i cellene. Denne sekvensen bruker disse proteinene til å binde seg til sitt organisator protein (PCNA). Vi har laget et peptid (liten del av et protein) som inneholder denne sekvensen (APIM-peptid), og har vist at APIM-peptidet hindrer proteinene som har en APIM-sekvens til å binde seg til PCNA. Peptidet utkonkurrerer dermed sentrale reparasjons- og kontrollproteiner fra å binde seg til sin organisator, og dermed hindres de i å utføre sine roller Dette fører til at cellens organiseringen av stressresponsen ødelegges, noe som igjen gjør cellene hypersensitive for cellegift. Peptidet påvirker normale celler mindre enn kreftceller, trolig fordi normale celler har flere fungerende kontrollmekanismer. Vi har vist at peptidet øker effekten av ulike typer cellegift i 6 ulike dyremodeller, mellom annet i to meget relevante modeller for ikke-muskelinvasiv blærekreft. I dette prosjektet har vi studert mekanismene bak peptidets biologiske effekter med tanke på å forstå hvilken kreftform og behandling som best kan dra nytte av en kombinasjonsterapi med APIM-peptidet. Dette har først til at vi i løpet av 2015-2016 planlegger å utføre to fase I studier, en fase I studie av peptidet etter intravenøs infusjon og en fase I/IIb studie på ikke-muskelinvasiv blærekreft (lokal behandling) sammen med mitomycin –C. Et nytt medikament som øker effekten av cellegift vil kunne ha stor konsekvens for fremtidens kreftbehandling
2013
APIM-peptider, ett nytt preparat i kreftbehandling? Forsøk på kreftfcellelinjer og i flere dyremodeller har vist at APIM-peptider kan øke effekten av flere ulike cellegifter. Det planlegges nå fase I studier med APIM-peptider sammen nåværende behandling for ikke muskel invasive blærekreft.I humane celler finnes det mange ulike kontrollsystemer som overvåker cellene våre med hensyn på skade. Dette inkluderer DNA reparasjon, som reparerer direkte skadet DNA og i tillegg en mer overordnet regulering av cellesykluskontroll og apoptose. Mange cellegifter brukt i kreftbehandling virker ved at de skader DNAet i cellene. Dette vil føre til stopp i flere av cellenes funksjoner, og er skaden stor nok vil cellene gå i apoptose (dø). Dette er den ønskede effekten ved cellegift, men effektiv cellesykluskontroll og DNA reparasjon i kreftcellene vil ofte redusere effekten av cellegiften. Inhibering av disse reparasjonsmekanismene i cellene samtidig som man gir cellegift kan derfor øke effekten av behandlingen. Vi har identifisert en ny, unik aminosyresekvens, kalt APIM, som er viktig for interaksjonen mellom mange reparasjons- og kontrollproteiner i cellen og det essensielle proteinet PCNA. PCNA et cellulært organisatorprotein som er essensielt for både kopiering og reparasjon av DNA, for epigenetikk, cellesykluskontroll og apoptose. Vi har vist peptider som inneholder APIM sekvensen øker cellenes følsomhet for flere ulike cellegifter. Man kan dermed oppnå større effekt ved samme, eller lavere, dose cellegift. Dette vil igjen kunne øke effektiviteten på selv kreftbehandlingen og redusere både akutt og mer langsiktige sidevirkninger av behandlingen. Vi har testet APIM-peptidet i en blærekreft modell i rotter og har oppnådd meget lovende resultater. Vi har et tett samarbeid med Urologisk avd. ved St. Olavs Hospital og med avd. for patologi for validering av dyrestudiene samt planlegging av videre studier frem mot kliniske studier. NTNU "spin-off" selskapet APIM Therapeutics gjør nå forsøk sammen med Otterleis gruppe ved IKM, samt ved kommersielle laboratorier ("GLP Toxicology and Safety studies"), med tanke på kliniske fase I /IIa studier på ikke muskel invasiv blærekreft med oppstart 2014/2015. På samme tid gjøres det celle og molekylærbiologiske studier i Otterleis gruppe for å ha en så bred forståelse av hvilke cellulære prosesser peptidet inhiberer som mulig. Dette for å finne de optimale kombinasjonene med kjemoterapi, og for å identifisere eventuelle alvorlige bivirkninger.
2012
Utviklingen innen kreftbehandling de siste 10-20 årene har vært dårligere enn det man hadde forhåpninger om, og det er et stort behov for forbedring. Strategier man håper skal øke effektiviteten er kombinasjonsterapier med inhibering av flere ulike cellulære funksjoner i cellen sammen med tradisjonell kjemoterapi. APIM-peptider har denne effekten.Proteinet Proliferating Cell Nuclear Antigen, PCNA, er essensielt for at en celle skal klare å kopiere sitt DNA (replikere) og dele seg. PCNA er også viktig for å reparere skadet DNA (DNA reparasjon), for pakking og utpakking av DNA ved kopiering og avlesning (kromatin remodellering/epigenetikk), for regulering av celledelingshastighet og celledød. PCNA er et organisatorprotein som binder mer enn 400 ulike proteiner. Mange DNA reparasjonsproteiner binder til PCNA, og de fleste DNA reparasjonsspor er koblet til replikasjonsprosessen. Min gruppe har siden 2002 fokusert på studier av molekylære mekanismer av replikasjonskoblet reparasjon. Studier av replikasjonskoblet baseeksisjonsreparasjon har vist at spesifikke komplekser har spesifikke pre- og post-replikative funksjoner, og at de to organisatorproteinene XRCC1 og PCNA organiserer dette. Disse to proteinene binder i tillegg til hverandre.. Omtrent 200 av proteinene som binder PCNA har en PCNA-bindende sekvenser som kalles APIM, en bindingssekvens funnet i vår gruppe (Gilljam et al., 2009). Mange av proteinene som har APIM er involvert i cellens stressresponser, mens de fleste av de andre PCNA bindende proteinene har sin hovedaktivitet under normale forhold (”houskeeping” protein). Via studier av APIM sekvensen har vi det siste året oppdaget at også nukleotideksisjons- reparasjonssporet er koblet til replikasjon, og at APIM sekvensen i XPA, ett protein essensielt for dette sporet, er viktig for maksimal DNA reparasjonsaktivitet. Dersom man selektivt blokkerer bindingen er de mange reparasjons og regulatoriske proteinene som binder PCNA via APIM, vil man inhibere mange av cellens ulike forsvarssystemer, på samme tid. Vi har data som tyder på at peptider som har APIM har en slik effekt. Utvikling av APIM-peptider til bruk i kreftbehandling. APIM består av 5 aminosyrer. Vi har laget biologisk aktive APIM-peptider som blir tatt opp av cellene ved at APIM er fusjonert til korte spesifikke celle-membran-penetrerende peptid (CPP). De mest stabile og biologisk aktive av disse peptidene er testen mot et panel av ulike kreftcellelinjer, alene og sammen med ulike cellegifter. Peptidene har vist seg å særlig øke effekten av mange ulike cellegifter. Normale celler tåler en mye høyere dose av peptidet enn de fleste kreftceller. På bakgrunn av disse resultatene ble NTNU «spinoff» selskapet APIM Therapeutics A/S etablert i 2009. Forskningen ved selskapet blir utført i Otterleis forskningsgruppe ved NTNU. Vi har utført flere dyrestudier. Resultatene fra studier i mus har vist at ved en kombinasjon mellom APIM-peptidet (ATX-101) og melphalan (i en myelomatose modell), Ara-C (i en myelogen leukemi modell) og cisplatin (i en prostatakreft modell) reduseres veksten av tumor, og at peptidet tolereres godt av dyrene. Videre har vi funnet at APIM-peptidene effektivt dreper myelomatose celler isolert fra pasienter, uten at beinmarg støtte (stromal) cellene i kokulturene affiseres (Muller et al, 2013, artikkel innsendt for publisering). Disse eksperimentene er gjort i samarbeid med K.G. Jepsen senter for myelomatose forskning ved IKM. Vi har nylig også testet APIM-peptidet i en blærekreft modell i rotter tidligere etablert ved IKM. I denne modellen oppnådde vi umiddelbart meget lovende resultater, og vi har derfor innledet et tett samarbeid med Urologisk avd. ved St. Olavs Hospital v/Carl Jørgen Arum og Augun Blindheim og med Trond Viset ved avd. for patologi for videre studier frem mot kliniske studier (Gederaas et al, 2013, arbeid underveis).
2011
APIM-peptidet øker effekten av flere ulike kjemoterapibehandlinger i kreftceller via inhibering av DNA reparasjon og cellesykluskontroll. APIM-peptidet induserer selektivt apoptose i enkelte kreftcellelinjer og primære kreftceller fra pasienter uavhengig av celledeling.Mange av proteinene som inneholder PCNA-bindingssekvensen APIM (>200), er involvert i cellenes stressresponser. Dersom man selektivt kan blokkere bindingen mellom disse proteinene og PCNA ved hjelp av APIM-peptider, vil man trolig inhibere mange ulike cellulære forsvarsmekanismer på samme tid. Kjemoterapi handler om å påføre celler skade, og fordi kreftceller deler seg raskere og er mer følsomme for skade enn normale celler, vil dette drepe flere kreftceller enn normale celler. Vår hypotese er at kan man slå av cellenes eget forsvar, vil man kunne oppnå økt effekt av cellegift ved lavere dose og også større selektivitet da kreftceller i utgangspunktet har dårligere forsvar enn normale celler mot cellegift/skade. Vi har data som tyder på at peptider med APIM-sekvensen kan virke på denne måten. In vitro forsøk. De mest stabile og biologisk aktive APIM-peptidene er nå testen mot mange ulike kreftcellelinjer, alene og sammen med ulike cellegifter. Mens mange kreftceller er svært følsomme for APIM-peptidet er lymfocytter isolert fra friske donorer i svært liten grad påvirket, dvs vi kan ikke detektere økt apoptose (celledød) i disse cellene etter tilsats av APIM-peptid. Ex vivo. Vi har funnet at myelomatose kreftcellelinjer er meget følsomme for APIM-peptidet og vi har derfor innledet et samarbeid med Myelomgruppa ved IKM (ledet av Sundan/Børset/Waage). APIM-peptidet fører til at myelom cellene går apoptose i alle deler av cellesyklus, dvs er uavhengig av celledeling. Dette er gode nyheter fordi kreftceller i pasienter deler seg mye senere enn cellelinjer man vanligvis bruker i laboratorieforsøk. Vi har i nylig funnet at også kreftceller isolert fra beinmargen hos myelomatosepasienter (”ex vivo”) responderer godt på APIM-peptidet alene og økte effekten av cellegift i disse cellene. Disse cellene deler seg ikke in vitro (publisering er underveis). In vivo (mus) forsøk. På bakgrunn av in vitro studiene på kreftceller har APIM Therapeutics (en ”spin-off” bedriften fra NTNU) utført studier av APIM-peptidet (ATX-101) i tre in vivo xenograft kreftmodeller i nakne mus (prostata, myelomatose og akutt myelogen leukemi). Studiene er utført ved to ulike ”contract research organisations”. Resultatene fra disse studiene har vist at peptidet er stabilt nok in vivo til at det øker anti-tumor effekten av cellegift (cisplatin, melphalan og Ara-C/cytarabine), og at peptidet ikke er toksisk (gir ikke reduksjon kroppsvekt hos musene) (publisering er underveis). Molekylære mekanismer. Viktig i den videre utviklingen av APIM-peptidet til et legemiddel er studier av de molekylære virkningsmekanismene til peptidet. Vi har nylig vist at APIM-sekvensen i ett DNA reparasjonsprotein (XPA), og dermed direkte binding til PCNA, er avgjørende for optimal reparasjon av DNA skader. Studier av flere reparasjonsprotein er underveis (publisering underveis). Det er nylig vist at PCNA er involvert i reguleringen av apoptose i humane nøytrofile via binding til pro-caspaser, og at denne bindingen kunne inhiberes med et peptid som inneholder den andre kjente PCNA bindende sekvensen, PIP-boxen (Witko-Sarsat et al, 2010). Vi har i samarbeid med Dr. Emanuele Bellacchio (IRCCS, Rome) vist at APIM og PIP-boxen deler bindingssted på PCNA, og at APIM-peptidet induserer pro-capase kløyving i myelomatoseceller (publisering er underveis). I tillegg vet vi at mange protein som regulerer apoptose, direkte eller indirekte, inneholder APIM-sekvensen. Mekanismer for hvordan APIM-peptidet påvirker regulering av apoptose er noe av det vi vil ha fokus på fremover.
Vitenskapelige artikler
Gederaas Odrun A, Søgaard Caroline D, Viset Trond, Bachke Siri, Bruheim Per, Arum Carl-Jørgen, Otterlei Marit

Increased Anticancer Efficacy of Intravesical Mitomycin C Therapy when Combined with a PCNA Targeting Peptide.

Transl Oncol 2014 Dec;7(6):812-23.

PMID: 25500092

Baglo Yan, Hagen Lars, Høgset Anders, Drabløs Finn, Otterlei Marit, Gederaas Odrun A

Enhanced efficacy of bleomycin in bladder cancer cells by photochemical internalization.

Biomed Res Int 2014;2014():921296. Epub 2014 jun 30

PMID: 25101299

Hegre Siv A, Sætrom Pål, Aas Per A, Pettersen Henrik S, Otterlei Marit, Krokan Hans E

Multiple microRNAs may regulate the DNA repair enzyme uracil-DNA glycosylase.

DNA Repair (Amst) 2013 Jan 1;12(1):80-6. Epub 2012 des 8

PMID: 23228472

Müller Rebekka, Misund Kristine, Holien Toril, Bachke Siri, Gilljam Karin M, Våtsveen Thea K, Rø Torstein B, Bellacchio Emanuele, Sundan Anders, Otterlei Marit

Targeting proliferating cell nuclear antigen and its protein interactions induces apoptosis in multiple myeloma cells.

PLoS One 2013;8(7):e70430. Epub 2013 jul 31

PMID: 23936203

Hanssen-Bauer Audun, Solvang-Garten Karin, Gilljam Karin Margaretha, Torseth Kathrin, Wilson David M, Akbari Mansour, Otterlei Marit

The region of XRCC1 which harbours the three most common nonsynonymous polymorphic variants, is essential for the scaffolding function of XRCC1.

DNA Repair (Amst) 2012 Apr;11(4):357-66. Epub 2012 jan 26

PMID: 22281126

Torseth Kathrin, Doseth Berit, Hagen Lars, Olaisen Camilla, Liabakk Nina-Beate, Græsmann Heidi, Durandy Anne, Otterlei Marit, Krokan Hans E, Kavli Bodil, Slupphaug Geir

The UNG2 Arg88Cys variant abrogates RPA-mediated recruitment of UNG2 to single-stranded DNA.

DNA Repair (Amst) 2012 Jun;11(6):559-69. Epub 2012 apr 20

PMID: 22521144

Gilljam Karin M, Müller Rebekka, Liabakk Nina B, Otterlei Marit

Nucleotide excision repair is associated with the replisome and its efficiency depends on a direct interaction between XPA and PCNA.

PLoS One 2012;7(11):e49199. Epub 2012 nov 13

PMID: 23152873

Hanssen-Bauer Audun, Solvang-Garten Karin, Akbari Mansour, Otterlei Marit

X-ray repair cross complementing protein 1 in base excision repair.

Int J Mol Sci 2012;13(12):17210-29. Epub 2012 des 17

PMID: 23247283

Doktorgrader
Rebekka Müller

APIM-PCNA Interactions in the Regulation of Cellular Stress Responses

Disputert:
desember 2013
Hovedveileder:
Marit Otterlei
Audun Hanssen-Bauer

X-ray Repair Cross Complementing protein 1 associated multiprotein complexes in base excision repair

Disputert:
mai 2012
Hovedveileder:
Marit Otterlei
Karin Solvang-Garten

X-ray Repair Cross Complementing protein 1 -the role as a scaffold protein in base excision repair and single strand break repai

Disputert:
februar 2012
Hovedveileder:
Marit Otterlei
Deltagere
  • Per Bruheim Prosjektdeltaker
  • Trond Viset Prosjektdeltaker
  • Carl-Jørgen Arum Prosjektdeltaker
  • Odrun Arna Gederaas Prosjektdeltaker
  • Mareike Seelinger Prosjektdeltaker
  • Camilla Olaisen Prosjektdeltaker
  • Karin Margaretha Gilljam Prosjektdeltaker
  • Siri Bachke Prosjektdeltaker
  • Caroline Danielsen Søgaard Prosjektdeltaker
  • Augun Blindheim Doktorgradsstipendiat
  • Karine Bjørås Doktorgradsstipendiat
  • Aina Nedal Prosjektdeltaker
  • Rebekka Müller Doktorgradsstipendiat
  • Marit Otterlei Prosjektleder

eRapport er utarbeidet av Sølvi Lerfald og Reidar Thorstensen, Regionalt kompetansesenter for klinisk forskning, Helse Vest RHF, og videreutvikles av de fire RHF-ene i fellesskap, med støtte fra Helse Vest IKT

Alle henvendelser rettes til Helse Midt-Norge RHF - Samarbeidsorganet og FFU

Personvern  -  Informasjonskapsler