Interações farmacodinâmicas entre quimioterápicos usados no tratamento da leucemia: abordagens in vitro e in silico sobre aspectos das defesas antioxidantes, sistema de fosforilação e fenótipo de resistência a múltiplas drogas

Abstract

O câncer é um dos maiores problemas de saúde pública do mundo. Dos tratamentos usados para combater o câncer a combinação de quimioterápicos é ainda o mais utilizado. No entanto, a combinação destes quimioterápicos podem gerar interações farmacodinâmicas que podem causar resistência a múltiplas drogas (MDR). A Leucemia Mielóide Crônica (LMC) é um tipo de câncer do sistema hematopoiético e essa doença apresenta a MDR à vários quimioterápicos o que torna urgente a pesquisa por as interações farmacodinâmicas entre os quimioterápicos usados na clínica. O fenótipo MDR, pode levar a alterações no metabolismo celular com consequente desregulação de vias oxidativas, que estão relacionadas à agressividade tumoral e ao baixo prognóstico do câncer. Nessa tese estudamos três linhagens, a K562 que apresenta sensibilidade ao fenótipo MDR, e outras duas resistentes. A Lucena foi selecionada resistente à vincristina (VCR) e a FEPS selecionada através do quimioterápico daunorubicina (DNR). O objetivo desta tese foi estudar se agentes quimioterápicos diferentes poderiam selecionar células com capacidades antioxidantes diferentes, atuar sobre o sistema de fosforilação e interagir sobre o fenótipo de resistência a múltiplas drogas (MDR) em linhagens eritroleucêmicas humanas. No artigo um, identificamos pela primeira vez que os quimioterápicos vincristina (VCR) e daunorubicina (DNR) podem selecionar células com diferentes capacidades antioxidantes. É provável que a seleção com DNR favoreça células com expressão constitutiva dos principais fatores de transcrição que controlam genes relacionados ao suprimento de energia, sistema de defesas antioxidantes e fenótipo MDR. No artigo dois, propusemos um novo mecanismo farmacodinâmico envolvendo o AZD1208, inibidor específico da quinase PIM-1, sob interação com agentes quimioterápicos, como VCR ou DNR, in vitro e in silico. Nossos resultados in vitro mostraram que a co-exposição do AZD1208 com o agente quimioterápico VCR ou DNR aumenta a viabilidade de células resistentes (Lucena e FEPS, respectivamente), o que contrapõem os resultados das células tratadas somente com AZD1208, onde ocorre diminuição de proliferação celular. Com base nisso, é provável que os agentes quimioterápicos possuam alguma interação farmacodinâmica e, para testar essa hipótese, realizamos uma simulação de docking molecular no sítio de ligação ao ATP na proteína PIM-1. Os resultados in silico sugerem que o AZD1208 pode, teoricamente, induzir a interação farmacodinâmica com VCR ou DNR enfraquecendo o potencial citotóxico, justificando o que observamos nos resultados in vitro. No terceiro artigo combinamos duas abordagens in silico: docking molecular e teoria de densidade funcional (DFT ab initio) para explicar o mecanismo de interação farmacodinâmico dos mesmos três ligantes quimioterápicos aos domínios transmembrânicos (TMD) da proteína ABCB1. Observamos diferentes intensidades de ligação energética entre os agentes quimioterápicos, sendo AZD1208/Vincristina > AZD1208/Daunorubicina. Com isso, nessa tese propomos um novo mecanismo de ação de interação farmacodinâmica entre quimioterápicos que podem selecionar células com diferentes capacidades antioxidantes, atuar sobre o mecanismo de fosforilação de uma importante quinase, PIM-1, interagindo sobre a principal característica do fenótipo MDR, a proteína ABCB1.

Cancer is one of the biggest public health problems in the world. Of the treatments used to combat cancer the combination of chemotherapy is still the most used. However, the combination of these chemotherapeutics can generate pharmacodynamic interactions that can cause resistance to multiple drugs (MDR). Chronic Myeloid Leukemia (CML) is a type of cancer of the hematopoietic system and this disease presents the MDR to several chemotherapeutic agents, which makes research urgent because of the pharmacodynamic interactions between the chemotherapeutic agents used in the clinic. The MDR phenotype can lead to alterations in cellular metabolism with consequent deregulation of oxidative pathways, which are related to tumor aggressiveness and low prognosis of cancer. In this thesis we studied three strains, the K562 that shows sensitivity to the MDR phenotype, and two other resistant ones. Lucena was selected to be resistant to vincristine (VCR) and FEPS selected through chemotherapy daunorubicin (DNR). The objective of this thesis was to study whether different chemotherapeutic agents could select cells with different antioxidant capacities, to act on the phosphorylation system and to interact on the multidrug resistance phenotype (MDR) in human erythroleukemic strains. In article one, we identified for the first time that the chemotherapeutic vincristine (VCR) and daunorubicina (DNR) can select cells with different antioxidant capacities. DNR selection favors cells with constitutive expression of the main transcription factors that control genes related to energy supply, antioxidant defense system and MDR phenotype. In article 2, we proposed a new pharmacodynamic mechanism involving AZD1208, a specific inhibitor of PIM-1 kinase, in interaction with chemotherapeutic agents, such as VCR or DNR, in vitro and in silico. Our in vitro results have shown that the coexistence of AZD1208 with the chemotherapeutic agent VCR or DNR increases the viability of resistant cells (Lucena and FEPS, respectively), which counteract the results of cells treated with AZD1208 only, where there is a decrease in proliferation cell phone. Based on this, it is likely that the chemotherapeutic agents have some pharmacodynamic interaction and, to test this hypothesis, we performed a molecular docking simulation at the ATP binding site in the PIM-1 protein. In silico results suggest that AZD1208 may theoretically induce pharmacodynamic interaction with VCR or DNR, weakening the cytotoxic potential, justifying what we observed in the in vitro results. In the third article we combine two in silico approaches: molecular docking and functional density theory (DFT ab initio) to explain the mechanism of pharmacodynamic interaction of the same three chemotherapeutic ligands to the transmembrane domains (TMD) of the ABCB1 protein. We observed different intensities of energy binding between the chemotherapeutic agents, being AZD1208/Vincristina> AZD1208/Daunorubicina. In this thesis, we propose a new mechanism of action of pharmacodynamic interaction between chemotherapeutic agents that can select cells with different antioxidant capacities, acting on the phosphorylation mechanism of an important kinase, PIM-1, interacting on the main characteristic of the MDR phenotype, ABCB1 protein.