Functional and immunometabolic effects of trabectedin and lurbinectedin antitumoral molecules in human macrophages

Abstract

La trabectedina y la lurbinectedina son fármacos antitumorales aprobados por la AEM y la FDA cuyo efecto sobre las células inmunes circulantes ha sido ampliamente descrito en humanos. Si el número de éstas disminuye drásticamente, los pacientes son excluidos del tratamiento. TRB es una molécula con actividad antitumoral originalmente aislada del tunicado marino Ecteinascia turbinata y actualmente producida por PharmaMar de manera semisintética. Su uso terapéutico está indicado para sarcomas avanzados de tejidos blandos en adultos y en combinación con doxorrubicina liposomal pegilada para pacientes con cáncer de ovario refractario sensible a cisplatino. LUR es un análogo semisintético de la TRB que difiere de éste en el anillo de tetrahidroisoquinolina que ha sido reemplazado por un grupo de tetrahidro-β-carbolina en la subunidad C de su estructura y ha sido aprobado en 2020 para el tratamiento de adenocarcinoma de pulmón de célula pequeña. Ambos fármacos actúan como agentes intercalantes del ADN induciendo apoptosis. Hemos investigado el efecto de TRB y LUR sobre el inmunometabolismo y función en macrófagos humanos (hMφ) utilizando una aproximación experimental multi-ómica. Tras haber analizado hMφ procedentes de más de cuatrocientos donantes de sangre sanos, se ha identificado una estratificación en la viabilidad frente a TRB y LUR. Aproximadamente el 75% de los hMφ fueron clasificados como resistentes (hMφ-R) y el 25% restante como sensibles (hMφ-S) tras incubación con TRB o LUR a dosis terapéuticas. El mecanismo molecular que explica la pérdida de viabilidad celular en hMφ-S y en hTAM (macrófagos asociados a tumor) sensibles es la activación de la vía de señalización intrínseca de la apoptosis. TRB y LUR promueven la producción de ROS en hMφ, alteran su capacidad fagocítica, movilizan flujos de Ca+2 e inhiben OXPHOS, lo que se traduce en una reducción de la capacidad respiratoria en hMφ a la vez que inducen biogénesis mitocondrial y una hiperpolarización de la membrana interna mitocondrial. No hay diferencias entre las cinéticas de desfosforilación de la ARN polimerasa II en hMφ-R and hMφ-S, lo cual sugiere que este mecanismo no es responsable de la muerte celular en hMφ-S. Ambas moléculas regulan transcripcionalmente vías de señalización proinflamatorias en hMφ, lo que sugiere la inducción de un fenotipo proinflamatorio en estas células. Como resultado de esta polarización, las citoquinas proinflamatorias TNF-α e IL-8 se inducen en hMφ tratados con TRB o LUR. La aproximación flujómica in silico de biología de sistemas sugiere que hMφ tratados con TRB y LUR presentan un aumento en el flujo glucolítico, en las pentosas fosfato y en la síntesis de serina mediante la vía de PHGDH. Además, modifican el ciclo de Krebs, lo cual demuestra el impacto inmunometabólico de estos compuestos antitumorales. Estos resultados indican que TRB y LUR inducen un cambio metabólico que conduce hacia un fenotipo de polarización proinflamatorio en hMφ que contribuye a explicar sus efectos antitumorales y abre un camino novedoso para el estudio sistemático de mecanismos de acción adicionales de estos fármacos

Trabectedin (TRB) and lurbinectedin (LUR) are antitumoral compounds approved by EMA and FDA and have been extensively reported to affect human blood-circulating immune cells. If these cell counts gravely decrease, patients are excluded from treatment. TRB, a former-marine antitumor molecule originally isolated from Ecteinascia turbinata and now semi-synthetically produced by PharmaMar, is indicated for the treatment of advanced soft-tissue sarcomas in adults and combination with pegylated liposomal doxorubicin for patients with relapsed platinum-sensitive ovarian cancer. LUR, a semi-synthetic analogue of TRB that structurally differs in a tetrahydroisoquinoline ring that is replaced by a tetrahydro β-carboline. LUR has been approved by FDA in 2020 and it is indicated for small cell lung carcinoma. Both drugs act as intercalating DNA agents that trigger apoptosis. We investigated the effect of TRB and LUR on human macrophages’ (hMφ) immunometabolism and biological function using a multi-omics approach. After having analysed hMφ from over four hundred healthy blood donors a stratification has been identified; approximately 75% of the isolated macrophages were classified as resistant (hMφ-R) and 25% were sensitive (hMφ-S) to TRB or LUR challenge. The molecular mechanism that explained viability loss in the hMφ-S and hTAM (tumour associated macrophages) counterpart subsets was the activation of the intrinsic apoptotic pathway. TRB and LUR triggered ROS production in hMφ, impaired phagocytosis, mobilised Ca2+ fluxes, and inhibited OXPHOS, leading to depressed hMφ respiratory capacity and induced mitochondrial biogenesis and mitochondrial inner membrane hyperpolarization. There were no differences between RNA polymerase II dephosphorylation kinetics between hMφ-R and hMφ-S suggesting this mechanism was not responsible for hMφ-S cell death. Both molecules transcriptionally regulated pro-inflammatory pathways in hMφ and suggested the overexpression of adaptive immune cell-related functional activation pathways. TNF-α and IL-8 proinflammatory cytokines are produced by hMφ challenged with TRB or LUR In silico system’s biology fluxomic approach suggests that TRB and LUR favour glycolysis, PPP, and serine synthesis via PHGDH pathway. Additionally, they modify TCA cycle, which unravels the immunometabolic impact of these antitumoral compounds. These results indicate that TRB and LUR induce a metabolic switch in hMφ towards a proinflammatory phenotype that could explain their antitumoral effects and open a novel venue to systematically study additional mechanisms of actions of these drugs