Identificação de moduladores da sinalização celular no câncer de cólon e metástases hepáticas como ferramenta para descoberta de alvos terapêuticos / Identification of cell signaling modulators in colon cancer and liver metastases as a tool for discovering therapeutic targets

O câncer de cólon é uma das principais causas de morte por câncer em todo mundo e aproximadamente 50% dos pacientes desenvolvem metástases hepáticas durante o curso da doença. Ainda que a ressecção cirúrgica proporcione sobrevida de 5 anos ao redor de 40%, a maior parte dos pacientes apresenta doença irressecável ao diagnóstico. Neste caso, o cenário é devastador devido à resistência das células tumorais ao tratamento padrão com quimioterapia e/ou anticorpo monoclonal. Apesar dos avanços alcançados pelo rastreamento genômico das metástases, o conhecimento sobre o envolvimento de transcritos e proteínas específicas na atividade de sinalização e recrutamento de populações imunes ainda é limitado nessa doença. Considerando o grande potencial de descoberta e inovação que pode ser alcançado, este projeto propôs o desenvolvimento de uma meta-análise de dados públicos para a exploração de metástases hepáticas e a caracterização proteômica de metástases hepáticas inicialmente irressecáveis em busca de alvos promissores que possam ser explorados em novas opções terapêuticas. As principais etapas metodológicas incluem (1) desenvolvimento de um modelo de integração de dados para a obtenção, processamento e análise de aproximadamente 3.5 mil amostras de RNA-seq, microarray e proteômica de metástases hepáticas inicialmente ressecáveis, tumores primários do cólon e tecidos não-neoplásicos, (2) rastreamento por espectrometria de massas de 30 biópsias pareadas, sendo 15 de metástases hepáticas inicialmente irressecáveis e 15 de tecidos não-neoplásicos adjacentes, (3) investigação de potenciais moduladores da sinalização oncogênica associada à resistência à terapia e (4) exploração dos resultados em um conjunto independente com aproximadamente 138 mil células obtidas por single-cell RNA-seq em busca de associações entre alvos, vias de sinalização e populações imunes. Após a análise de espectrometria de massas e integração de dados da metaanálise, das 46 proteínas diferencialmente reguladas entre metástases hepáticas inicialmente irressecáveis e tecidos não-neoplásicos, TGFB1, CDH2, APOA1, TNFR2, EGFR, MDH2, ITIH2, YWHAZ, PCBP1, TOP2A e ENO1 (todas com aumento de regulação nas metástases) e CXCL14, PLA2G2A e CAV1 (com diminuição de regulação nas metástases) prosseguiram na análise. Dessas, PLA2G2A e CAV1 não foram estatisticamente confirmadas após comparação com cinco estudos independentes. Também foi identificada a ativação nas metástases de importantes vias como JAK-STAT (z-score=3,18), VEGF (z-score=2,67), WNT (z-score=3,22), PI3K (z-score=3,99), MAPK (z-score=2,85), EGFR (z-score=2,49) e NFkB (zscore=4,11). Em seguida observamos pela análise de single-cell RNA-seq que a presença de TGFB1, TNFR2 e EGFR estava associada a maior polarização de neutrófilos e células Tregs em metástases hepáticas, sugerindo uma participação desses alvos no recrutamento dessas populações imunes ou em conjunto durante o desenvolvimento, estabelecimento dessas células no fígado e progressão da doença. Tanto TGFB1 (p=0,01) quanto TNFR2 (p=0,048) foram associados a pior sobrevida global em pacientes metastáticos e apresentaram AUC=0,95 na separação entre câncer primário no cólon e metástases no fígado. Especificamente sobre a comparação entre metástases inicialmente ressecáveis e irressecáveis, apesar de termos identificado alguns alvos com mais de 10-fold de diferença (YWHAZ, AHNAK, HNRNPH1, PCBP1 e TGFB1) apenas TGFB1 prosseguiu em todas as análises, porém, esses resultados sugerem a exploração posterior desses candidatos em novos estudos. Quando buscamos por alvos relacionados à resistência à terapia, nossa estratégia selecionou 32 proteínas diferencialmente reguladas nas metástases resistentes, com envolvimento de CDH2 (p=0,002), CXCL14 (p=0,05), SERPINA1 (p=0,012) e LRGR (p=0,049) com pior sobrevida global em pacientes metastáticos. Nesses tumores também foi observada uma tendência de ativação das vias TGF-ß e TNF-α, já descritas na literatura devido a participação no desenvolvimento e progressão de metástases, além de favorer um perfil de resistência às células tumorais. Por meio de uma análise de deconvolução também observamos maior presença de células Tregs em pacientes resistentes. Essa relação entre Tregs/LGR5 também já foi associada a pior prognóstico em outros tipos de cânceres e suportam uma participação de ambos em um possível mecanismo de resistência desses tumores. Com base nos resultados obtidos, acreditamos oferecer um conjunto de dados inéditos que podem modificar o prognóstico e diagnóstico das metástases hepáticas, bem como contribuir para que os pacientes tenham novas opções terapêuticas com melhora na sobrevida

Colon cancer is one of the leading causes of cancer death worldwide and approximately 50% of patients develop liver metastases during the course of the disease. Although surgical resection provides a 5-year survival rate of around 40%, most patients have unresectable disease at diagnosis. In this case, the scenario is devastating due to the resistance of tumor cells to standard treatment with chemotherapy and/or monoclonal antibody. Despite the advances achieved by genomic tracking of metastases, the involvement of specific transcripts and proteins in the signaling activity and recruitment of immune populations is still limited in this disease. Considering the great potential for discovery and innovation that can be achieved, this project proposed the development of a meta-analysis for the exploration of liver metastases and the proteomic characterization of initially unresectable liver metastases in search of promising targets that can be explored in new therapeutics options. Key methodological steps include (1) development of a data integration model for obtaining, processing and analyzing approximately 3,500 RNA-seq, microarray and proteomic samples from initially resectable liver metastases, primary colon tumors and non-neoplastic tissues, (2) mass spectrometry screening of 30 paired biopsies, 15 from initially unresectable liver metastases and 15 from adjacent non-neoplastic tissues, (3) investigation of potential modulators of oncogenic signaling associated with therapy resistance, and (4) exploration of the results in an independent pool of approximately 138,000 cells obtained by single-cell RNA-seq in search of associations between targets, signaling pathways and immune populations. After mass spectrometry analysis and integration of metaanalysis data, of the 46 differentially regulated proteins between initially unresectable liver metastases and non-neoplastic tissues, TGFB1, CDH2, APOA1, TNFR2, EGFR, MDH2, ITIH2, YWHAZ, PCBP1, TOP2A and ENO1 (all with upregulation in metastases) and CXCL14, PLA2G2A and CAV1 (with downregulation in metastases) continued in the analysis. Of these, PLA2G2A and CAV1 were not statistically confirmed after comparison with five independent studies. We identified activation of important pathways such as JAK-STAT (zscore=3.18), VEGF (z-score=2.67), WNT (z-score=3.22), PI3K (z-score=3.99), MAPK (z- score=2.85), EGFR (z-score=2.49) and NFkB (z-score=4.11). Then we observed by single-cell RNA-seq analysis that the presence of TGFB1, TNFR2 and EGFR was associated with greater polarization of neutrophils and Treg cells in liver metastases, suggesting a participation of these targets in the recruitment of these immune populations or together during development, establishment of these cells in the liver and disease progression. Both TGFB1 (p=0.01) and TNFR2 (p=0.048) were associated with worse overall survival in patients with metastatic disease and had AUC=0.95 separating primary colon cancer from liver metastases. Specifically, regarding the comparison between initially resectable and unresectable metastases, although we identified some targets with more than 10-fold difference (YWHAZ, AHNAK, HNRNPH1, PCBP1 and TGFB1) only TGFB1 continued in all analyses, however, these results suggest the exploration of these candidates in further studies. When looking for targets related to therapy resistance, our strategy selected 32 proteins differentially regulated in resistant metastases, with involvement of CDH2 (p=0.002), CXCL14 (p=0.05), SERPINA1 (p=0.012) and LRGR (p=0.049) with poor overall survival in metastatic patients. In these tumors, a tendency of activation of the TGF-ß and TNF-α pathways was also observed, already described in the literature due to their participation in the development and progression of metastases, in addition to favoring a resistance profile to tumor cells. By means of a deconvolution analysis, we also observed a greater presence of Treg cells in resistant patients. This relationship between Tregs/LGR5 has also been associated with a worse prognosis in other types of cancers and supports the participation of both in a possible mechanism of resistance in these tumors. Based on the results obtained, we believe to offer a set of unpublished data that can modify the prognosis and diagnosis of liver metastases, as well as contribute to patients having new therapeutic options with improved survival

Hydrazones derived from natural aldehydes: in vitro cytotoxic evaluation and in silico pharmacokinetic predictions / Hidrazonas derivadas de aldehídos naturales: evaluación citotóxica in vitro y determinación del perfil farmacocinético in silico / Hidrazonas derivadas de aldeídos naturais: avaliação citotóxica in vitro e determinação de perfil farmacocinético in silico

SUMMARY Introduction: Recent research has reported the cytotoxic potential of hydrazones against various strains of cancer cells. Aim: To evaluate the anticancer activity in vitro and the pharmacokinetic profile of six synthesized hydrazonic compounds, identified as vanillin 1-phthalazinylhydrazone (VAN-1); 2,4-dinitrophenylhydra-zone vanillin (VAN-2); phenylhydrazone cinnamaldehyde (CIN-1); isonicotinoyl hydrazone cinnamaldehyde (CIN-2); cinnamaldehyde 1-phthalazinylhydrazone (CIN-3); and 2,4-dinitrophenylhydrazone cinnamaldehyde (CIN-4). The cytotoxic activity was evaluated against four strains of cancer cells. Methodology: The pharmacokinetic parameters of absorption, distribution, metabolism, excretion, and toxicity (ADME/T) of the hydrazones were evaluated using the PreADMET program. Results: Hydrazones derived from cinnamaldehyde (CIN-1 and CIN-2) showed high cytotoxic activity against leukemic (HL-60) and glioblastomas (SF-295) cell lines. The pharmacokinetic profile of the hydrazones showed that, in general, the hydrazones presented satisfactory characteristics of ADME/T. In addition, it was observed that CIN-2 presented the most promising in silico profile, showing high intestinal absorption, desirable distribution profile related to plasma protein binding, adequate renal excretion, and low toxicity. The ADME/T profile of the CIN-1 compound highlighted its potential as a promising antineoplastic agent with action of the CNS, more specifically against glioblastomas.

RESUMEN Introducción: Investigaciones recientes han informado del potencial citotóxico de las hidrazonas contra varias líneas de células cancerosas. Objetivo: Evaluar la actividad anticancerígena in vitro y el perfil farmacocinético de seis compuestos hidrazónicos sintetizados, identificados como vainillina 1-ftalazinilhidrazona (VAN-1); vainillina 2,4-dinitrofenilhidrazona (VAN-2); fenilhidrazona cinamal-dehído (CIN-1); cinamaldehído de isonicotinoil hidrazona (CIN-2); cinamalde-hído 1-ftalazinilhidrazona (CIN-3); y 2,4-dinitrofenilhidrazona cinamaldehído (CIN-4). Se evaluó la actividad citotóxica frente a cuatro líneas celulares cancerosas. Metodología: Los parámetros farmacocinéticos de absorción, distribución, metabolismo, excreción y toxicidad (ADME/T) de las hidrazonas se evaluaron mediante el programa PreADMET. Resultados: Las hidrazonas derivadas del cinamaldehído (CIN-1 y CIN-2) mostraron una alta actividad citotóxica contra las líneas celulares leucémicas (HL-60) y glioblastomas (SF-295). El perfil farmacocinético de las hidrazonas mostró que, en general, las hidrazonas mostraban características satisfactorias de ADME/T. Además, se observó que CIN-2 presentó el perfil in silico más prometedor, presentando alta absorción intestinal, perfil de distribución deseable relacionado con la unión a proteínas plasmáticas, excreción renal adecuada y baja toxicidad. El perfil ADME/T del compuesto CIN-1 destacó su potencial como agente antineoplásico prometedor con acción sobre el SNC, más específicamente contra los glioblastomas.

RESUMO Introdução: Pesquisas recentes relataram o potencial citotóxico das hidrazonas contra várias linhagens de células cancerígenas. Objetivo: Validara atividade anti-câncer in vitro e o perfil farmacocinético de seis compostos hidrazônicos sintetizados, identificados como vanilina 1-ftalazinil-hidrazona (VAN-1); vanilina 2,4-dinitrofenil-hidrazona (VAN-2); cinnamaldeído de fenil-hidrazona (CIN-1); cinamaldeído isonicotinoil-hidrazona (CIN-2); 1-ftalazinil-hidrazona de cinnamaldeído (CIN-3); e cinamaldeído de 2,4-dinitrofenil-hidrazona (CIN-4). A atividade citotóxica foi avaliada contra quatro linhagens de células cancerígenas. Metodologia: Os parâmetros farmacocinéticos de absorção, distribuição, metabolismo, excreção e toxicidade (ADME/T) das hidrazonas foram avaliados utilizando o programa PreADMET. Resulados: As hidrazonas derivadas do cinnamaldeído (CIN-1 e CIN-2) apresentaram alta atividade citotóxica contra as linhagens celulares leucêmicas (HL-60) e de glioblastomas (SF-295). O perfil farmacocinético das hidrazonas mostrou que, em geral, as hidrazonas apresentaram características satisfatórias de ADME/T. Além disso, observou-se que a CIN-2 apresentou o perfil in silico mais promissor, exibindo alta absorção intestinal, perfil de distribuição desejável relacionado à ligação às proteínas plasmáticas, excreção renal adequada e baixa toxicidade. O perfil ADME/T do composto CIN-1 destacou seu potencial como um agente antineoplásico promissor com ação do SNC, mais especificamente contra glioblastomas.