La resistenza all'inibitore mutante dell'isocitrato deidrogenasi 1, ivosidenib, può essere superata con un dimero alternativo

Nature Communications volume 13, numero articolo: 4785 (2022) Citare questo articolo

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Ivosidenib, un inibitore delle varianti R132C e R132H dell'isocitrato deidrogenasi 1 (IDH1), è approvato per il trattamento della leucemia mieloide acuta (LMA). È emersa resistenza a ivosidenib dovuta a una seconda mutazione del sito di IDH1 R132C, che porta a IDH1 R132C/S280F. Descriviamo studi biochimici, cristallografici e cellulari sulle varianti IDH1 R132C/S280F e R132H/S280F che informano sul meccanismo della resistenza del secondo sito, che coinvolge sia la modulazione del legame dell'inibitore all'interfaccia del dimero IDH1 sia l'alterazione delle proprietà cinetiche, che consentono una produzione di 2-HG più efficiente rispetto a IDH1 R132C e IDH1 R132H. È importante sottolineare che i risultati biochimici e cellulari dimostrano che dovrebbe essere possibile superare la resistenza mediata da S280F nei pazienti con leucemia mieloide acuta utilizzando inibitori alternativi, inclusi alcuni attualmente in studi clinici di fase 2.

È noto da tempo che le cellule tumorali hanno il potenziale per un metabolismo alterato1, ma solo di recente questa conoscenza è stata sfruttata per benefici terapeutici1,2,3. Nell'uomo, esistono tre isoforme dell'isocitrato deidrogenasi (IDH1-3), che catalizzano la conversione dell'isocitrato per dare 2-ossoglutarato (2-OG); IDH1/2 utilizzano NADP+ come cofattore, mentre IDH3, che fa parte del ciclo dell'acido tricarbossilico (TCA), utilizza NAD+4,5. Varie mutazioni somatiche nei geni che codificano per l'isocitrato deidrogenasi 1 (IDH1) e 2 (IDH2) portano a varianti con una capacità sostanzialmente aumentata di catalizzare la riduzione del 2-OG a 2-idrossiglutarato (2-HG)6,7,8,9. Di conseguenza, si propone che livelli elevati di 2-HG promuovano la tumorigenesi, potenzialmente attraverso la destabilizzazione della cromatina10. Le varianti IDH1 più comuni nelle cellule tumorali sono R132H e R132C11.

Sono riportati più inibitori IDH1 e IDH2, sebbene solo un inibitore IDH1 (ivosidenib) e un inibitore IDH2 (enasidenib) siano stati approvati per uso clinico, vale a dire per il trattamento della leucemia mieloide acuta (LMA) in cui le cellule tumorali producono una variante IDH12,13. Tuttavia, la resistenza a ivosidenib è emersa come conseguenza di una mutazione del secondo sito che produce IDH1 R132C/S280F, con 5 casi segnalati fino ad oggi14,15,16.

La base meccanicistica precisa con cui la sostituzione S280F IDH1 del secondo sito consente la resistenza a ivosidenib e le sue conseguenze sull'inibizione della variante IDH1 oltre a quella per ivosidenib non sono chiare14,15,16. Riportiamo studi biochimici, strutturali e cellulari su IDH1 R132C/S280F e IDH1 R132H/S280F che rispondono a queste domande. I risultati con gli enzimi isolati informano sul meccanismo della resistenza mediata da S280F, che comporta un ridotto legame dell'inibitore all'interfaccia del dimero e un'alterazione delle proprietà cinetiche, consentendo una maggiore produzione di 2-HG rispetto a IDH1 R132C o R132H. È importante sottolineare che i risultati rivelano che la sostituzione S280F provoca resistenza a ivosidenib, ma questo non è il caso di molti altri inibitori IDH1 R132H e R132C, alcuni dei quali sono in studi clinici di fase 2.

Per studiare il meccanismo della resistenza agli inibitori mediata da IDH1 S280F, abbiamo utilizzato protocolli consolidati17,18 per produrre forme altamente purificate di IDH1 R132C/S280F e R132H/S280F ricombinanti e, per confronto, IDH1 R132C, IDH1 R132H, IDH1 wildtype (wt), IDH1 S280F (senza IDH1 R132C o R132H) e IDH1 R132H/Q277E (Figura 1a supplementare). La variante IDH1 R132H/Q277E è stata creata perché la resistenza acquisita ai farmaci contro l'inibitore mutante IDH2 enasidenib è stata collegata a (i) IDH2 R140Q/I319M e (ii) IDH2 R140Q/Q316E; IDH2 I319 è omologa a IDH1 S280 e IDH2 Q316 è omologa a IDH1 Q277 (Figura 1b/c supplementare)14. Coerentemente con studi precedenti su IDH1 R132H e R132C, tutte le proteine ​​ricombinanti erano prevalentemente dimeriche in soluzione (Figura 1d-f supplementare) e probabilmente copurificavano con due molecole NADPH (come riportato per IDH1 wt e R132H18 e mostrato per IDH1 R132C, Supplementare Fig. 1g/ora). Mentre gli studi biofisici mostrano che la sostituzione S280F non influisce sulla struttura secondaria (Figura 1i supplementare), questa sostituzione migliora sostanzialmente la stabilità termodinamica delle varianti IDH1 R132C e R132H, nonché IDH1 wt (Figura 1b; Figura 1j supplementare ). Si noti che nel testo successivo, tutte le varianti IDH a cui si fa riferimento sono basate su IDH1, salvo diversa indicazione.