A resistência ao inibidor mutante da isocitrato desidrogenase 1, ivosidenib, pode ser superada por dímero alternativo

Nature Communications volume 13, número do artigo: 4785 (2022) Citar este artigo

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Ivosidenib, um inibidor da isocitrato desidrogenase 1 (IDH1) variantes R132C e R132H, foi aprovado para o tratamento da leucemia mieloide aguda (LMA). Surgiu resistência ao ivosidenib devido a uma mutação no segundo local do IDH1 R132C, que conduz ao IDH1 R132C/S280F. Descrevemos estudos bioquímicos, cristalográficos e celulares nas variantes IDH1 R132C/S280F e R132H/S280F que informam sobre o mecanismo de resistência do segundo local, que envolve tanto a modulação da ligação do inibidor na interface do dímero IDH1 quanto a alteração das propriedades cinéticas, que permitem uma produção mais eficiente de 2-HG em relação ao IDH1 R132C e IDH1 R132H. É importante ressaltar que os resultados bioquímicos e celulares demonstram que deveria ser possível superar a resistência mediada por S280F em pacientes com LMA usando inibidores alternativos, incluindo alguns atualmente em ensaios clínicos de fase 2.

Há muito se sabe que as células cancerígenas têm potencial para alterar o metabolismo1, mas só recentemente este conhecimento foi explorado para benefício terapêutico1,2,3. Em humanos, existem três isoformas de isocitrato desidrogenase (IDH1-3), que catalisam a conversão de isocitrato para dar 2-oxoglutarato (2-OG); O IDH1/2 emprega NADP+ como cofator, enquanto o IDH3, que faz parte do ciclo do ácido tricarboxílico (TCA), utiliza NAD+4,5. Várias mutações somáticas nos genes que codificam a isocitrato desidrogenase 1 (IDH1) e 2 (IDH2) levam a variantes com capacidade substancialmente aumentada para catalisar a redução de 2-OG em 2-hidroxiglutarato (2-HG)6,7,8,9. Consequentemente, propõe-se que níveis elevados de 2-HG promovam a tumorigênese, potencialmente através da desestabilização da cromatina. As variantes IDH1 mais comuns em células cancerígenas são R132H e R132C11.

Vários inibidores de IDH1 e IDH2 são relatados, embora apenas um inibidor de IDH1 (ivosidenib) e um inibidor de IDH2 (enasidenib) tenham sido aprovados para uso clínico, ou seja, para tratamento de leucemia mieloide aguda (LMA), onde as células cancerígenas produzem uma variante de IDH12,13. No entanto, a resistência ao ivosidenib surgiu como consequência de uma mutação de segundo local que produz IDH1 R132C/S280F, tendo sido notificados 5 casos até à data14,15,16.

A base mecanística precisa pela qual a substituição do segundo local IDH1 S280F permite a resistência ao ivosidenib e as suas consequências para a inibição da variante IDH1 para além daquela do ivosidenib não são claras14,15,16. Relatamos estudos bioquímicos, estruturais e celulares em IDH1 R132C/S280F e IDH1 R132H/S280F que abordam essas questões. Os resultados com enzimas isoladas informam sobre o mecanismo de resistência mediada por S280F, que envolve redução da ligação do inibidor na interface do dímero e alteração das propriedades cinéticas, permitindo maior produção de 2-HG em relação ao IDH1 R132C ou R132H. É importante ressaltar que os resultados revelam que a substituição S280F causa resistência ao ivosidenib, mas este não é o caso de vários outros inibidores IDH1 R132H e R132C, alguns dos quais estão em ensaios clínicos de fase 2.

Para investigar o mecanismo de resistência ao inibidor mediado por IDH1 S280F, utilizamos protocolos estabelecidos para produzir formas altamente purificadas de IDH1 R132C / S280F e R132H / S280F recombinantes e, para comparação, IDH1 R132C, IDH1 R132H, IDH1 tipo selvagem (wt), IDH1 S280F (sem IDH1 R132C ou R132H) e IDH1 R132H/Q277E (Fig. Complementar 1a). A variante IDH1 R132H/Q277E foi produzida porque a resistência adquirida ao medicamento contra o inibidor mutante IDH2 enasidenib foi associada a (i) IDH2 R140Q/I319M e (ii) IDH2 R140Q/Q316E; IDH2 I319 é ​​homólogo a IDH1 S280 e IDH2 Q316 é homólogo a IDH1 Q277 (Fig. Complementar 1b / c) . Consistente com estudos anteriores sobre IDH1 R132H e R132C, todas as proteínas recombinantes eram predominantemente diméricas em solução (Fig. Complementar 1d-f) e provavelmente copurificam com duas moléculas de NADPH (conforme relatado para IDH1 wt e R132H18, e mostrado para IDH1 R132C, Suplementar Fig. 1g/h). Embora estudos biofísicos mostrem que a substituição S280F não afeta a estrutura secundária (Fig. Complementar 1i), esta substituição aumenta substancialmente a estabilidade termodinâmica das variantes IDH1 R132C e R132H, bem como IDH1 wt (Fig. 1b; Fig. Complementar 1j ). Observe que no texto subsequente, todas as variantes de IDH referidas são baseadas em IDH1, exceto quando indicado de outra forma.