Intratumoral administration of urokinase (uPA) and metalloproteinase (MMP)-activated engineered toxin for treatment of canine oral melanoma: pilot study

Os melanomas malignos em cães são uma das mais frequentes neoplasias diagnosticadas na cavidade oral. Infiltração local, recidiva (15-41%) e o alto potencial para metástases em linfonodos regionais (18-53%) e pulmões (23-27%) nos animais acometidos, conferem uma menor sobrevida (131-818 dias), ressaltando a necessidade e importância do estudo de novas terapias para o tratamento efetivo da doença. As uroquinases (UPA) e metaloproteinases (MMPs) são proteases superexpressas em uma variedade de células tumorais e raramente estão presentes em células fisiologicamente normais. A toxina do Bacillus anthracis é composta por três proteínas chamadas: fator letal (LF), fator de edema (EF) e antígeno protetor (PA). A toxina foi reengenheirada para a formação de dois tipos de PAs chamadas PAU2-R200A e PAL1-I207R, ativadas por UPA e MMPs da superficie das células tumorais, respectivamente, formando um complexo semelhante a um poro celular para permitir a internalização da LF. A citotoxicidade dessa associação reengenheirada PAU2-R200A, PAL1-I207R e LF ocorre quando a LF atinge o meio intracelular e causa a morte celular por interrupção da via de sinalização celular MAPkinase. O objetivo deste estudo é avaliar o potencial terapêutico da toxina reengenheirada do Bacillus anthracis, PAU2-R200A, PAL1-I207R e LF, dependentes de UPA e MMP, em melanomas orais de cães. Três etapas foram propostas para este estudo: o estudo in vitro da citotoxicidade de 5 linhagens de melanomas caninos submetidas à toxina reengenheirada, a avaliação da expressão de UPA e MMP em amostras parafinadas de melanoma oral canino e o tratamento intratumoral com a toxina modificada em cães com melanomas orais espontâneos. A linhagem GMGD2 foi a única que demonstrou sensibilidade à toxina estudada, apesar da concentração inibitória de 50% das células ter sido alta (IC50=4.964,16 mg/dl) em relação a linhagem controle HT29-RJ (IC50=179,47). As demais linhagens não demostraram redução da viabilidade celular com o aumento da concentração da toxina reengenheirada e não atingiram a IC50. Dentre as amostras de melanomas submetidos a imuno-histoquimica, 76,6% expressavam tanto uroquinases quanto metaloproteinases. Melanomas orais espontâneos de cães variando de 231,8 a 18601,6 mm3 em volume, sem evidências de metástases, foram tratados com as aplicações da toxina modificada por via intratumoral, previamente à excisão, realizada nos dias 07 ou 14 do tratamento. Dentre os animais estudados, todos apresentaram evolução favorável classificada como doença estável e resposta parcial. Somente um animal apresentou reação local. Nenhum dos pacientes apresentou efeito colateral sistêmico importante. Os resultados sugerem que existe potencial terapêutico da toxina reengenheirada do Bacillus anthracis sobre os melanomas bucais caninos e futuros ensaios clínicos são possíveis em cães e de extrema importância para o estudo mais aprofundado da toxina como nova terapia antineoplásicaMalignant melanomas in dogs are one of the most frequent malignancies diagnosed in the oral cavity. Local infiltration, recurrence (15-41%) and the high potential for regional lymph nodes metastases (18-53%) and lungs (23-27%) in the affected animals, confer a lower survival (131-818 days), emphasizing the necessity and importance of the study of new therapies for the effective treatment of the disease. Urokinase (UPA) and metalloproteinases (MMPs) are overexpressed proteases in a variety of tumor cells and are rarely present in normal physiological cells. Bacillus anthracis toxin is composed of three proteins called lethal factor (LF), edema factor (EF) and protective antigen (PA). The toxin was re-engineered for the formation of two types of PAs called PAU2-R200A and PAL1-I207R, activated by UPA and MMPs from the surface of tumor cells, respectively, forming a cell-like complex to allow the internalization of the LF. The cytotoxicity of this association PAU2-R200A, PAL1-I207R and LF occurs when LF reaches the intracellular environment and causes cell death by disruption of the MAPkinase cell signaling pathway. The objective of this study is to evaluate the therapeutic potential of UPA and MMP-dependent Bacillus anthracis toxin (PAU2- R200A, PAL1-I207R and LF) to treat oral melanomas in dogs. Three steps were proposed: cytotoxicity assay of 5 lineages of canine melanomas submitted to the reengineered toxin, immunohistochemistry study for UPA and MMP expression in paraffin samples of canine oral melanoma and intratumoral treatment with toxin in dogs with spontaneous oral melanomas. The lineage GMGD2 was the only one that showed sensitivity to the toxin studied, although 50% inhibitory concentration of the cells was high (IC50 = 4,964.16 mg / dl) in relation to the HT29-RJ control lineage (IC 50 = 179.47). Among the samples of melanomas submitted to immunohistochemistry, 76.6% expressed both urokinase and metalloproteinases. Spontaneous oral melanomas of dogs ranging volume from 231.8 to 18601.6 mm3 with no evidence of distant metastases, were treated with the applications of intratumoral re-engineered toxin prior to surgical excision. All of them has presented favorable evolution classified as stable disease and partial response. Only one animal had a local allergic reaction. None of the patients had a significant systemic side effects. The results suggest that there is a potential therapeutic effect of re-engineered anthrax toxin on canine melanomas and future clinical trials are possible in dogs and extremely important for further studies on the role of the B. anthracis toxin as a new antineoplastic agen