Computationally guided inhibition of the HIF-1α–CBP/p300 coactivator interface suppresses hypoxia signaling in Caki-1 renal carcinoma cells

Nel profondo del corpo umano, le cellule monitorano costantemente l'aria che respirano. Quando i livelli di ossigeno scendono, un interruttore principale all'interno della cellula si attiva, innescando un programma di sopravvivenza che aiuta il tessuto ad adattarsi all'ambiente povero di ossigeno. Questo interruttore è una proteina chiamata HIF-1. In condizioni normali, il corpo mantiene questo interruttore spento, ma in certi tipi di cancro, l'interruttore rimane bloccato sulla posizione "on". Ciò costringe il cancro a costruire nuovi vasi sanguigni e a cambiare il proprio metabolismo per continuare a crescere, anche quando l'ossigeno è scarso. Per attivare questo interruttore, HIF-1 deve afferrare fisicamente una proteina aiutante, un partner molecolare che agisce come un co-pilota per avviare le istruzioni genetiche. Se gli scienziati riuscissero a trovare un modo per impedire a HIF-1 di afferrare questo partner, potrebbero spegnere il programma di sopravvivenza del cancro senza danneggiare le cellule sane.

Un team di ricercatori presso la King Khalid University in Arabia Saudita ha compiuto un passo significativo verso la scoperta di un tale bloccante. Si sono concentrati sul punto specifico in cui HIF-1 si aggancia al suo aiutante, una regione nota come interfaccia. Per anni, gli scienziati hanno creduto che questo tipo di connessione fosse troppo liscia e priva di caratteristiche per essere fermata da una piccola molecola di farmaco. Tuttavia, progressi recenti suggeriscono che queste superfici possiedano piccole tasche nascoste dove un farmaco potrebbe incastrarsi. I ricercatori si sono posti l'obiettivo di trovare una molecola che potesse inserirsi in questa tasca sulla proteina aiutante, escludendo efficacementamente HIF-1 e interrompendo la connessione.

Per trovare un candidato, il team non è partito da un banco da laboratorio fisico, ma da un potente computer. Hanno costruito un modello digitale della superficie della proteina aiutante e hanno scansionato una vasta libreria di circa 250.000 diversi composti simili a prodotti naturali. Immaginate di setacciare un enorme magazzino digitale di strutture chimiche per trovare l'unica che si adatti a una specifica serratura. Il computer ha classificato questi composti in base a quanto sembrassero adattarsi alla tasca. Una molecola, chiamata SIHC926, è emersa come la principale contendente. I ricercatori hanno poi eseguito una simulazione dettagliata al computer della durata di 100 nanosecondi per vedere se questa molecola sarebbe rimasta in posizione o se si sarebbe allontanata. La simulazione ha mostrato che SIHC926 rimaneva saldamente incastrata nella tasca prevista, formando connessioni stabili con la superficie della proteina.

Con un promettente candidato digitale in mano, il team si è spostato in laboratorio per testare se funzionasse nel mondo reale. Hanno prima testato la molecola su una versione purificata della proteina aiutante in una provetta. I risultati sono stati incoraggianti: SIHC926 ha impedito con successo l'attacco di HIF-1 all'aiutante. Infatti, era più efficace in questo compito specifico rispetto a YC-1, un noto farmaco usato come confronto, richiedendo una concentrazione inferiore per ottenere lo stesso livello di inibizione. Successivamente, i ricercatori sono passati alle cellule viventi, nello specifico un tipo di cellula del cancro renale noto come Caki-1. Quando queste cellule vengono poste in un ambiente a basso contenuto di ossigeno per simulare un tumore, normalmente attivano i loro geni di sopravvivenza. Tuttavia, quando trattate con SIHC926, questa attività genetica è diminuita significativamente. Le cellule hanno anche prodotto meno di una proteina chiamata VEGF, responsabile della costruzione di nuovi vasi sanguigni, un modo chiave attraverso cui i tumori si nutrono.

Gli effetti della molecola sono andati oltre il semplice arresto dell'interruttore genetico. Le cellule tumorali trattate hanno iniziato a morire a un ritmo più rapido rispetto a quelle non trattate, mostrando segni di morte cellulare programmata e un aumento dell'ossidazione interna dannosa. La concentrazione necessaria per uccidere metà delle cellule tumorali era di circa 2,29 micromolare, il che è una quantità molto piccola, suggerendo che la molecola sia piuttosto potente. Sebbene la molecola abbia performato meglio del farmaco di confronto in questi test specifici, i ricercatori sono stati cauti nel sottolineare che questo non significa ancora che sia una cura. Lo studio è stato progettato come una prova di concetto iniziale, dimostrando che una molecola progettata al computer può interferire fisicamente con questa specifica interazione proteica e causare difficoltà alle cellule tumorali.

Nonostante questi risultati promettenti, gli autori sottolineano che resta molto da fare. Gli esperimenti sono stati condotti su un singolo tipo di cellula del cancro renale e la molecola non è stata ancora testata su animali o esseri umani. Inoltre, sebbene i modelli informatici e gli esperimenti in provetta suggeriscano fortemente che la molecola si leghi al bersaglio previsto, è ancora necessaria una prova diretta di questo legame all'interno di una cellula umana vivente. I ricercatori hanno anche osservato che la capacità della molecola di uccidere le cellule potrebbe essere dovuta in parte a una tossicità generale piuttosto che solo alla sua azione specifica sull'interruttore HIF-1. Tuttavia, questo lavoro fornisce un punto di partenza concreto. Dimostra che l'interruttore di sopravvivenza HIF-1 è vulnerabile alle piccole molecole e offre una struttura chimica specifica, SIHC926, che gli scienziati possono ora raffinare e testare ulteriormente. Se studi futuri confermeranno la sua sicurezza e specificità, questo approccio potrebbe portare a una nuova classe di farmaci in grado di affamare i tumori tagliando loro la linea della vita sensibile all'ossigeno.