Targeted disruption of Aurora and IKK kinases interaction as therapeutic strategy to sensitize Multiple myeloma cells to Apo2L/TRAIL

Abstract

Forme solubili ricombinanti di TRAIL (TNF-related apoptosis-inducing ligand) e anticorpi agonisti si sono dimostrati promettenti agenti antitumorali. Purtroppo TRAIL può indurre anche segnali di sopravvivenza che possono comprometterne l’efficacia, e la resistenza a TRAIL è oggi riconosciuta come un comune e sfortunato evento. Nel Mieloma multiplo (MM) la frequente attivazione costitutiva della via canonica e non-canonica del pathway NF-κB può compromettere la sensibilità a TRAIL. Le Aurora kinasi A e B sono frequentemente overespresse nei tumori umani incluso il MM e sono coinvolte nei processi di trasformazione neoplastica, inclusi lo sviluppo di instabilità cromosomica e lo squilibrio di pathways coinvolte nella regolazione di oncogeni e oncosoppressori. Poiché le Aurora Kinasi possono giocare un ruolo importante nell’attivazione del pathway NF-κB, che ha un ruolo cruciale per sopravvivenza, tumorigenicità e resistenza ai farmaci delle cellule di MM, lo scopo di questo studio è stato quello di investigare se il blocco farmacologico delle Aurora kinasi fosse in grado di sensibilizzare le cellule di MM a TRAIL. Abbiamo dimostrato che specifici e selettivi inibitori delle Aurora kinasi A e B (pan-AKIs) aumentavano fortemente la citotossicità indotta da TRAIL attraverso un meccanismo caspasi dipendente, sia in linee cellulari di MM che presentavano una diversa sensibilità a TRAIL, che in campioni di plasmacellule purificate da pazienti affetti da Mieloma Multiplo. Inoltre, dal punto di vista molecolare, abbiamo dimostrato che le Aurora kinasi interagiscono fisicamente e funzionalmente con le kinasi IκB Kinase β (IKKβ) e IKKα che sono regolatori chiave delle vie canonica e non-canonica del pathway NF-κB, e che il blocco farmacologico dell’attività delle Aurora kinasi aumenta la sensibilità a TRAIL poiché blocca l’attivazione del pathway NF-κB indotta da TRAIL. Nello specifico abbiamo dimostrato che TRAIL induce segnali di sopravvivenza incrementando sia i livelli di fosforilazione/attivazione di entrambe le Aurora e IKK kinasi sia le loro interazioni fisiche, e che i pan-AKIs spengono i segnali di sopravvivenza indotti da TRAIL poiché riducono le interazioni tra le Aurora e IKK kinasi e l’attivazione di NF-κB. In stretta correlazione con questi dati, abbiamo dimostrato che i pan-AKIs bloccavano l’induzione mediata da TRAIL dei geni antiapoptotici targets di NF-κB A1/Bfl-1, Mcl-1, cIAP1 (cellular inhibitor-of apoptosis protein 1), cIAP2 e/o XIAP (X-chromosome-linked inhibitor-of-apoptosis protein), tutti importanti bersagli per la sensibilazione delle cellule di MM a TRAIL. In sintesi questi risultati identificano una nuova interazione tra le Aurora e le IKK Kinasi, e dimostrano che queste due pathways possono cooperare per indurre nelle cellule di MM resistenza a TRAIL, processo che avviene attraverso l’attivazione del pathway NF-κB. Infine, il trattamento combinato pan-AKIs/TRAIL si è dimostrato essere molto efficace anche in modelli murini xeno-trapiantati con cellule di MM resistenti ai farmaci. Nel complesso questi dati suggeriscono che il trattamento combinato pan-AKIs/TRAIL potrebbe offrire benefici terapeutici per la cura del MM.

Recombinant human (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (Apo2L/TRAIL) ligand and agonistic mAbs have shown remarkable promise as an anticancer agent. However, TRAIL signaling also activates survival signaling that can compromise its efficacy, and TRAIL resistance is now recognized as a common and unfortunate out come. Constitutive activation of the canonical and non-canonical NF-κB pathways is frequent in Multiple Myeloma (MM) and can compromise sensitivity to TRAIL. Aurora A and B are frequently overexpressed in human cancers including multiple myeloma and have been implicated in oncogenic transformation, including development of chromosomal instability and derangement of multiple tumor suppressor and oncoprotein regulated pathways. Because Aurora kinases may play an important function in regulating the activation of NF-κB-directed gene expression and NF-kB plays an important role in MM cell survival, tumorigenesis and drug resistance, the aim of this study was to investigated whether the pharmacological blockade of Aurora kinases sensitizes MM cells to TRAIL. We demonstrate that targeting Aurora A and B kinases with selective pan-Aurora kinase inhibitors (pan-AKIs) strikingly enhances TRAIL-induced cytotoxicity in TRAIL-sensitive and -resistant MM cell lines, as well as patient-derived MM cells through a caspase-dependent mechanism. Furthermore we demonstrate that Aurora kinases physically and functionally interact with the key regulators of canonical and non-canonical NF-κB pathways IκB Kinase β (IKKβ) and IKKα to activate NF-κB in MM, and the pharmacological blockade of Aurora kinase activity induces TRAIL sensitization because it abrogates TRAIL-induced activation of NF-κB. We specifically found that TRAIL induces prosurvival signaling by increasing the phosphorylation state of both Aurora and IKK kinases and their physical interactions, and the blockade of Aurora kinase activity by pan-AKIs disrupts TRAIL-induced survival signaling by effectively reducing Aurora-IKK kinase interactions and NF-kB activation. Pan-AKIs consistently blocked TRAIL induction of the antiapoptotic NF-kB target genes A1/Bfl-1, Mcl-1, cellular inhibitor-of apoptosis protein 1 (cIAP1), cIAP2, and/or X-chromosome-linked inhibitor-of-apoptosis protein (XIAP), all important targets for TRAIL sensitization in MM cells. In summary, these results identify a novel interaction between Aurora and IKK kinases and show that these pathways can cooperate to promote TRAIL resistance in MM through NF-κB activation. Finally, combining pan-AKIs with TRAIL in vivo showed dramatic efficacy in a multidrug-resistant human myeloma xenograft model. These findings suggest that combining Aurora kinase inhibitors with TRAIL may have therapeutic benefit in MM.