New therapeutic approaches for the treatment of malignant pleural mesothelioma

Abstract

Il mesotelioma pleurico maligno (MPM) è un tumore aggressivo della pleura, caratterizzato da una prognosi sfavorevole. Le opzioni terapeutiche a disposizione per il trattamento di questa neoplasia sono limitate a causa dello stadio avanzato al momento della diagnosi e della resistenza alla chemioterapia. Ad oggi, la terapia standard di prima linea prevista per il trattamento del mesotelioma pleurico maligno è l’associazione di cisplatino e pemetrexed. In seguito ai risultati ottenuti dallo studio CheckMate 743, la combinazione di nivolumab con ipilimumab è stata recentemente approvata dall’ FDA come prima linea di trattamento nei pazienti con mesothelioma pleurico maligno non resecabile. Tuttavia, la prognosi resta sfavorevole con una sopravvivenza media di circa 12-14 mesi per i pazienti trattati con chemioterapia e di circa 18 mesi per quelli trattati con immunoterapia. Pertanto, sono necessari nuovi approcci terapeutici. La carcinogenesi del mesotelioma pleurico maligno è prevalentemente associata alla perdita del gene CDKN2A/ARF, un oncosoppressore che codifica per p16INK4a and p14ARF, due inibitori del ciclo cellulare. In particolare, p16INK4a previene il rilascio di Rb dal fattore di trascrizione E2F, inibendo il complesso CDK4/6-ciclina D1. Pertanto, la perdita del gene CDKN2A/ARF causa progressione del ciclo cellulare mediante la iperattivazione della via Rb/E2F/myc. Questo studio si propone di indagare nuovi approcci terapeutici per il trattamento del mesotelioma pleurico maligno, basati sulla target therapy mediante l’utilizzo degli inibitori di CDK4/6 palbociclib e abemaciclib. In primo luogo, questo studio indaga gli effetti dell’inibitore di CDK4/6 palbociclib in associazione con gli inibitori di PI3K (NVP-BEZ235 o NVP-BYL719) sul metabolismo del glucosio in linee cellulari umane di MPM. In questo caso, il palbociclib in combinazione con gli inibitori di PI3K (NVP-BEZ235 o NVP-BYL719) riduce in modo significativo sia la glicolisi che la respirazione mitocondriale rispetto al trattamento con i farmaci usati singolarmente nelle linee cellulari di MPM. Inoltre, il trattamento combinato (palbociclib in associazione con NVP-BEZ235 o NVP-BYL719) previene l’ingresso e il consumo di glucosio sia in normossia che in ipossia Infatti, l’espressione di GLUT-1 è fortemente ridotta dal palbociclib in associazione con NVP-BEZ235 o NVP-BYL719 nelle linee cellulari di MPM in ipossia. Successivamente questo studio ha valutato l’efficacia dell’inibitore di CDK4/6 abemaciclib in associazione con la chemioterapia standard usata come trattamento di prima linea nei pazienti affetti da MPM, usando differenti schedule di trattamento (simultaneo o sequenziale). Il trattamento simultaneo di abemaciclib in combinazione con cisplatino e pemetrexed mostra un maggiore effetto antiproliferativo rispetto al cisplatino associato al pemetrexed nelle linee cellulari di MPM. Inoltre, il trattamento simultaneo ha un effetto citostatico nelle cellule MSTO-211H, con induzione di senescenza. Al contrario, si osserva una morte cellulare riferibile all’autofagia nelle cellule H28 trattate con abemaciclib in combinazione con cisplatino e pemetrexed. È interessante notare che l'effetto di tale combinazione è irreversibile e, dopo la sospensione del trattamento, non si osserva una ripresa della proliferazione nelle cellule tumorali. Nell’ultima fase della ricerca è stato valutato l’effetto antitumorale di una nuova molecola, chiamata VS2-370, un doppio inibitore di CDK4/6 e CDK9, nelle linee cellulari di MPM. VS2-370 è più potente nell'inibire la proliferazione cellulare rispetto agli inibitori CDK4/6 approvati e la sua efficacia è associata all'induzione di morte cellulare tramite la riduzione dell’espressione di MCL-1. Nel loro insieme, questi dati suggeriscono che una strategia terapeutica, basata sulla target therapy, può rappresentare una nuova opzione terapeutica per il trattamento del mesotelioma pleurico maligno.

Malignant pleural mesothelioma (MPM) is an aggressive malignancy of the pleura, characterized by poor prognosis. The current therapeutic actions against this disease are limited due to the late stage at which most patients are diagnosed and to the intrinsic chemo-resistance of the tumor. Currently, the recommended systemic therapy for MPM is cisplatin/pemetrexed. Following the results of the CheckMate 743 study, the combination of nivolumab with ipilimumab has been recently approved by FDA as first line treatment in patients with unresectable MPM. However, the prognosis remains poor with a mean overall survival of about 12-14 months for patients treated with chemotherapy and around 18 months for those treated with immunotherapy. Therefore, novel therapeutic approaches are urgently needed. Carcinogenesis of MPM is predominantly associated with loss of CDKN2A/ARF, a tumor suppressor gene encoding for the cell cycle inhibitors p16INK4a and p14ARF. In particular, p16INK4a by inhibiting the CDK4/6-cyclin D1 complex prevents Rb release from the E2F transcription factor. Therefore, CDKN2A/ARF loss drives cell cycle progression through the upregulation of the Rb/E2F/myc pathway. This study aims to investigate new therapeutic approaches for the treatment of MPM, based on targeted therapy with CDK4/6 inhibitors (palbociclib and abemaciclib). First of all, this study investigates the effects of the CDK4/6 inhibitor palbociclib in association with PI3K inhibitors (NVP-BEZ235 or NVP-BYL719) on glucose metabolism in human MPM cell lines. In this case, palbociclib combined with PI3K inhibitors (NVP-BEZ235 or NVP-BYL719) significantly reduces both glycolytic activity and mitochondrial respiration compared to the treatments with drugs used alone in MPM cell lines. Moreover, the combined treatment (palbociclib in association with NVP-BEZ235 or NVP-BYL719) prevents the glucose consumption in both normoxia and hypoxia. In addition, a strong reduction of glucose uptake is observed in MPM cells treated with palbociclib combined with NVP-BEZ235 in hypoxia. In fact, the expression of GLUT-1 is strongly reduced by the association of palbociclib with NVP-BEZ235 or NVP-BYL719 in MPM cell lines in hypoxia. Subsequently, this study aims to evaluate the efficacy of the CDK4/6 inhibitor abemaciclib in combination with the standard chemotherapy used as first line treatment in MPM patients, using different schedules of treatment (simultaneous or sequential). The simultaneous treatment of abemaciclib combined with cisplatin and pemetrexed has a greater antiproliferative effect than the combination of cisplatin with pemetrexed in MPM cell lines. Moreover, this simultaneous treatment shows cytostatic effects in MSTO-211H cells, causing senescence. By contrast, an autophagic cell death is observed in H28 cells treated with abemaciclib in association with cisplatin and pemetrexed. Interestingly, the effect of such a combination is irreversible, and after drug withdrawal, we fail to observe a resumption in tumor cell proliferation. Finally, this study for the first time investigates the anticancer effects of a new molecule, called VS2-370, a double inhibitor of CDK4/6 and CDK9, in MPM cell lines. VS2-370 is more potent in inhibiting cell proliferation respect to approved CDK4/6 inhibitors and its efficacy is associated with cell death induction via MCL-1 downregulation. Taken together, these data suggest that a therapeutic strategy, based on target therapy, may represent a new therapeutic option for the treatment of MPM.