Targeting integrins and modulating invasion and metastasis with metal-based drugs

2008/2009Distant metastases of solid tumours are the major cause of cancer death. To improve the effectiveness of chemotherapy, only marginally active on secondary tumours, anti-metastatic agents are needed, i.e. compounds that display the capacity to selectively interfere with metastatic formation and growth. Among metal compounds, NAMI-A, HIm[Ru(III)Cl4Imdmso], has repeatedly shown a peculiar and selective anti-metastatic activity being able to prevent the formation, and to inhibit the growth of established secondary tumours. On these bases, the first phase of the project was aimed to investigate how variations on the NAMI-A chemical structure can influence the anti-metastatic activity. For this purpose, some representative complexes have been chosen: two heterocyclic compounds KP418, HIm[Ru(III)Cl4(Im)2], and KP1019, HInd[Ru(III)Cl4(Ind)2], presenting a different N-donor ligand, and three organometallic compounds, RM175, [(η6-biphenyl)Ru(II)Cl-(ethylendiamine)]PF6, its osmium congener AFAP51, [(η6-biphenyl)Os(II)Cl(ethylene-diamine)]BF4, and RAPTA-T, [RuCl2(η6-toluene)PTA], carrying a PTA ligand instead of ethylendiamine. The effects of the compounds on the interference with some steps of the metastatic progression are evaluated with appropriate in vitro tests, comparing the behaviour of the human MDA-MB-231 highly invasive breast cancer cells to that of human HBL-100 non tumorigenic mammary epithelial cells. To validate the model, the in vitro effects are compared with the in vivo anti-metastatic activity studied in the MCa mammary carcinoma of the CBA mouse. The results obtained highlight the selective activity of the organometallic compound RAPTA-T towards the highly invasive cell line in vitro, accompanied by a selective inhibition of metastasis development in vivo. RAPTA-T seems to act through the modulation of tumour cells-extracellular matrix interactions, and of cell motility. In particular RAPTA-T induces a cytoskeleton remodelling, mainly through the formation of stress fibres, that causes a stiffening of the cell body, particularly evident on MDA-MB-231 cells grown on ECM components. These effects, selectively identified in the highly invasive MDA-MB-231 cells, can be related to the higher ruthenium uptake, detected in this cell line. Cell adhesion, migration and invasion are directly related to actin assembly and disassembly, phenomena regulated by the RhoGTPases. RAPTA-T completely counteracts the increase of trypsin mediated cell detachment induced by the RhoGTPases inhibitor C3 transferase, in MDA-MB-231 cells grown on fibronectin and collagen IV, and on HBL-100 cells grown on collagen IV. These molecular events might stem from the cell surface and involve integrin adhesion molecules, as suggested by the role of ECM components in the functional tests and by the preference of RAPTA-T to bind them, above all, collagen IV, with which RAPTA-T interacts chemically as confirmed by an NMR analysis. The effect of RAPTA-T on cells immediately after the adhesion on the substrate, i.e. mainly adherent with integrinic receptors, suggests that RAPTA-T interacts mainly with integrins in the form already bound with the substrate. Le metastasi dei tumori solidi sono una delle principali cause di morte. Per migliorare l’effetto della chemioterapia, che è attiva solo marginalmente sui tumori secondari, sono necessari agenti anti-metastatici, cioè composti che si mostrino capaci di interferire selettivamente con la formazione e la crescita delle metastasi. Tra i vari composti di sintesi il NAMI-A, HIm[Ru(III)Cl4Imdmso], ha ripetutamente mostrato una selettiva azione anti-metastatica dimostrandosi capace di prevenire la formazione e di inibire la crescita di metastasi già formate. Su queste basi, la prima fase di questo progetto ha avuto lo scopo di indagare come variazioni nella struttura chimica del NAMI-A potessono influenzare l’azione anti-metastatica. A questo scopo sono stati scelti alcuni composti rappresentativi: due composti eterociclici il KP418, HIm[Ru(III)Cl4(Im)2], e il KP1019, HInd[Ru(III)Cl4(Ind)2], e tre composti organometallici, RM175, [(η6-biphenyl)Ru(II)Cl-(ethylendiamine)]PF6, il suo congenere a base di osmio AFAP51, [(η6-biphenyl)Os(II)Cl(ethylene-diamine)]BF4, e RAPTA-T, [RuCl2(η6-toluene)PTA], che al posto dell’etilendiamina presenta il ligando PTA. Gli effetti dei composti sull’interferenza con alcuni step della progressione metastatica sono stati valutati con alcuni test in vitro, paragonando il comportamento della linea cellulare altamente invasiva MDA-MB-231 proveniente da carcinoma mammario, con quello delle HBL-100 linea cellulare dell’epitelio mammario non tumorigenica. Per validare il modello proposto in vitro gli effetti dei composti sono stati paragonati con la loro azione in vivo studiata sul carcinoma mammario (MCa) dei topi CBA. I risultati ottenuti mettono in luce la selettiva azione del composto organometallico RAPTA-T verso la linea cellulare altamente invasiva in vitro, accompagnata dalla inibizione selettiva dello sviluppo delle metastasi in vivo. Il RAPTA-T sembra agire attraverso la modulazione delle interazioni cellula-matrice extracellulare e della motilità cellulare. In particolare il RAPTA-T induce il rimodellamento del citoscheletro, principalmente attraverso la formazione di fibre da stress, questo genera irrigidimento del corpo cellulare, particolarmente evidente sulle MDA-MB-231 cresciute sui componenti della matrice extracellulare. Questi effetti, selettivamente identificati sulla linea altamente invasiva, MDA-MB-231, possono essere correlati ad un più alto assorbimento di rutenio che è stato rilevato in questa linea cellulare. L’adesione cellulare, la migrazione e l’invasione sono direttamente correlate al rimodellamento del citoscheletro actinico, e questi fenomeni sono regolati dalle RhoGTPasi. Il RAPTA-T reverte completamente l’aumentato distacco conseguente al trattamento con la C3 transferasi, agente che inibisce le RhoGTPasi, nelle MDA-MB-231 cresciute su fibronectina e collagene IV e sulle HBL-100 cresciute sul collagene IV. Questi eventi potrebbero coninvolgere l’adesione integrinica ai substrati, come suggerito dal ruolo dei componenti della matrice extracellulare nei test funzionali presi in considerazione, dalla preferenza del RAPTA-T per il legame con questi, e soprattutto il collagene IV con cui il RAPTA-T interagisce chimicamente, come confermato dall’analisi NMR. L’effetto del RAPTA-T su cellule appena dopo l’adesione al substrato, quindi prevalentemente legate attraverso i recettori integrinici, suggerisce che il RAPTA-T interagisca principalmente con le integrine nella forma già legata i substrati.XXII Ciclo197