Onkogenes β-Catenin-getriebenes Leberkarzinom ist anfällig für eine Methotrexat-vermittelte Störung der Nukleotidsynthese
Leberkrebs gehört nach wie vor zu den am schwierigsten behandelbaren Krebsarten, vor allem aufgrund seiner Resistenz gegenüber konventioneller Chemotherapie. Unter den verschiedenen molekularen Alterationen, die mit Leberkrebs assoziiert sind, sind Mutationen im Catenin-beta-1-Gen (CTNNB1), das für β-Catenin kodiert, die am häufigsten beobachteten. Diese Mutationen führen zur konstitutiven Aktivierung von β-Catenin, einem Schlüsselprotein des Wnt-Signalwegs, und spielen eine entscheidende Rolle bei der Entstehung und Progression des hepatozellulären Karzinoms (HCC). Trotz der zentralen Bedeutung von β-Catenin im Leberkrebs existieren bislang keine zugelassenen zielgerichteten Therapien für β-Catenin-aktivierte Tumore. Diese Studie untersucht das Potenzial von Methotrexat (MTX), einem etablierten Chemotherapeutikum, als selektiven Inhibitor β-Catenin-getriebener Leberkarzinome.
Die Studie beginnt mit der Etablierung konstitutiv β-Catenin-aktivierter Maus-Embryonal-Fibroblasten (MEFs) durch Deletion von Exon 3 im CTNNB1-Gen, einer häufigen Mutationsstelle bei hepatischen Neoplasien. Diese β-Catenin-aktivierten MEFs (β-cateninΔ(ex3)/+) wurden genutzt, um 12 gängige Chemotherapeutika auf ihre Fähigkeit zu screenen, selektiv β-Catenin-aktivierte Zellen zu hemmen, während Wildtyp (WT)-MEFs verschont blieben. Unter den getesteten Substanzen zeigte MTX die stärkste selektive Hemmung der Proliferation von β-cateninΔ(ex3)/+-MEFs. Validierungsexperimente bestätigten, dass MTX die Tumorformation in Nacktmäusen, die mit β-cateninΔ(ex3)/+-MEFs inokuliert wurden, signifikant reduzierte. Dies äußerte sich in verringerten Tumorvolumina und -gewichten, ohne dass das Körpergewicht der Mäuse signifikant beeinträchtigt wurde. Zudem inhibierte MTX die Proliferation und induzierte Apoptose in β-cateninΔ(ex3)/+-MEFs, was sein therapeutisches Potenzial für β-Catenin-aktivierte Tumore unterstreicht.
Die Studie beleuchtet weiterhin den mechanistischen Hintergrund der selektiven Wirksamkeit von MTX gegen β-Catenin-aktivierte Zellen. MTX hemmt bekanntermaßen die Nukleotidsynthese durch Inhibition der Dihydrofolat-Reduktase (DHFR), was die Synthese von Purinnukleotiden und Thymidylat blockiert. Da gezeigt wurde, dass onkogenes β-Catenin die Pyrimidinsynthese stimuliert, postulierten die Forscher, dass die gesteigerte Nukleotidsynthese in β-Catenin-aktivierten Zellen deren Anfälligkeit für MTX erhöht. Metabolomanalysen offenbarten, dass β-cateninΔ(ex3)/+-MEFs erhöhte Spiegel von Metaboliten der Purin- und Pyrimidinbiosynthese aufwiesen, darunter Carbamoyl-Aspartat, Dihydroorotat, Adenosinmonophosphat (AMP) und Guanosinmonophosphat (GMP). MTX-Behandlung reduzierte diese Metabolitspiegel signifikant, was die Störung der onkogenen β-Catenin-induzierten Nukleotidsynthese bestätigte. Die Supplementierung mit Calciumfolinat (CF), das die MTX-Toxizität abschwächt, hob die MTX-bedingte Proliferationshemmung in β-cateninΔ(ex3)/+-MEFs auf, was den Mechanismus weiter untermauert.
Die Wirksamkeit und Selektivität von MTX wurden zusätzlich in Leberkrebszelllinien mit unterschiedlichen Mutationsstatus in Wnt-Signalweg-assoziierten Genen (CTNNB1, APC, AXIN1/2) untersucht. CTNNB1-mutierte Zelllinien erwiesen sich als empfindlicher gegenüber MTX als WT-Zellen. Beispielsweise hemmte MTX die Proliferation und induzierte Apoptose in CTNNB1-mutierten SNU398-Zellen. Die Überexpression mutierten β-Catenins (β-cateninmut) in WT-Huh7-Zellen erhöhte deren MTX-Sensitivität, während das Silencing von β-Catenin in mutierten HCCLM3-Zellen die Resistenz steigerte. Diese Befunde betonen die Rolle der β-Catenin-Aktivierung für die MTX-Empfindlichkeit.
Um zu prüfen, ob MTX den β-Catenin-Signalweg direkt beeinflusst, analysierten die Forscher die Expression β-Catenin-regulierter Gene wie Glutaminsynthetase (GS), Cyclin D1 und Lgr5. MTX veränderte deren mRNA-Level nicht, was auf eine fehlende direkte Modulation des β-Catenin-Signalwegs hinweist. Ebenso blieb die AKT2/p-CAD-Kaskade unbeeinflusst. Dies legt nahe, dass die selektive Wirksamkeit von MTX auf der Störung der Nukleotidsynthese beruht.
In präklinischen Modellen hemmte MTX das Tumorwachstum von Ctnnb1-exon3-deletierten Hepa1-6-Zellen in subkutanen Tumoren signifikant. In Xenografts mit CTNNB1-mutierten SNU398-Zellen war MTX ebenfalls wirksam, nicht jedoch in WT-Huh7-Zellen. In HBV-infizierten β-cateninlox(ex3)/+-Mäusen, die spontane HCC entwickeln, reduzierte eine dreimonatige MTX-Behandlung die Lebergewicht-zu-Körpergewicht-Ratio, Tumorinzidenz, -anzahl und -volumina signifikant, ohne systemische Toxizität. Zudem inhibierte MTX die Proliferation und förderte Apoptose in diesen Tumoren.
Zusammenfassend identifiziert diese Studie MTX als vielversprechendes Therapeutikum für β-Catenin-aktivierte Leberkarzinome. Die gesteigerte Nukleotidsynthese in diesen Zellen macht sie anfällig für MTX, ohne dass der β-Catenin-Signalweg direkt moduliert wird. Die präklinische Wirksamkeit in verschiedenen Modellen, einschließlich HBV-assoziierter Karzinogenese, unterstreicht das translationale Potenzial von MTX. Aufgrund der Vorteile des Drug Repurposing – geringeres Risiko, kürzere Entwicklungszeit und reduzierte Kosten – bietet MTX eine vielversprechende Therapiestrategie für diese aggressiven Tumore.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002816