Targeting the OxPhos and antioxidant systems as novel therapeutic strategy to treat Myc-driven lymphomas

The Myc proto-oncogene, a member of a family of transcription factors that also includes L-Myc and N-Myc, is involved in regulating cell growth, proliferation, differentiation, apoptosis, etc., thus plays a crucial role in tumor biology. In particular, Myc alterations are involved in the development and progression of aggressive forms of Non-Hodgkin lymphomas, like Burkitt Lymphoma and Diffuse Large B-Cell Lymphoma. While Myc inhibition represents an attractive approach to treat these cancers, direct Myc targeting remains a challenging task. An alternative strategy lies in the identification of targets and pathways that provide synthetic lethality with Myc. Along this line, our laboratory recently showed that targeting oxidative phosphorylation (OXPHOS) with the Electron Transport Chain complex I inhibitor IACS-010759, selectively induces cell death in Myc-driven lymphomas. Here, we followed up from these results to study the mechanisms by which high levels of Myc sensitize cells to IACS-010759 treatment. Our data show that induction of oxidative stress, rather then alteration of energy homeostasis, causes cell killing by IACS-010759. In particular, the cytotoxic action of IACS-010759 can be potentiated by reduction of cellular levels of the anti-oxidant glutathione, either directly by interfering with its synthesis, or indirectly by inhibiting the pentose phosphate pathway, which produces NADPH from glucose. In line with these findings, IACS-010759 induced killing in Myc-overexpressing cells was suppressed either by high glucose medium, or treatment with the anti-oxidant N-acetyl-cysteine. Based on the above, we decided to test whether the anti-cancer activity of IACS-010759 could be potentiated by co-treatment with a pro-oxidant drug. Therefore, we combined IACS-010759 with Ascorbate, which has pro-oxidant effects at pharmacological doses. The two drugs showed a synergistic cytotoxic effect on Burkitt Lymphoma and Diffuse Large B-Cell Lymphoma cells. Mechanistically, the potentiation of Ascorbate by IACS-010759 could depend on the release of iron from Fe-S proteins due to oxidative stress induced by the second drug: subsequently, free ferric iron reacts with Ascorbate to produce radical species through Fenton reaction. Altogether, our data point to the combination of IACS-010759 with Ascorbate as a novel treatment for Myc-associated B-cell lymphomas, and highlight the therapeutic potential of combining OXPHOS inhibitors with pro-oxidant drugs.

Il proto-oncogene Myc, membro di una famiglia di fattori di trascrizione che include anche L-Myc e N-Myc, è coinvolto nella regolazione della crescita cellulare, proliferazione, differenziazione, apoptosi, ecc…, per cui svolge un ruolo cruciale nella biologia del tumore. In particolare, le alterazioni di Myc sono coinvolte nello sviluppo e nella progressione di forme aggressive di linfomi Non-Hodgkin, come il linfoma di Burkitt e il linfoma diffuso a grandi cellule B. Sebbene l’inbizione di Myc possa rappresentare un approccio efficace per il trattamento di questi tipi di tumore, colpire direttamente questo fattore di trascrizione risulta una sfida. Una possibile strategia risiede nell’identificazione di bersagli e vie di segnalazione che determinano una letalità sintentica con Myc. In linea con quanto detto, recentemente il nostro laboratorio ha mostrato che bersagliando la fosforilazione ossidativa (OXPHOS) con l’inibitore del complesso I della catena di trasporto degli elettroni IACS-010759, induce selettivamente la morte cellulare in linfomi che iper-esprimono Myc. Con questo lavoro ci proponiamo di proseguire partendo da questi risultati per studiare i meccanismi con i quali gli elevati livelli di Myc sensibilizzano le cellule al trattamento con IACS-010759. I nostri dati mostrano che l’induzione dello stress ossidativo, più che non l’alterazione dell’omeostasi energetica, causa la morte cellulare con IACS-010759. In particolare, l’azione citotossica di IACS-010759 può essere potenziata dalla riduzione dei livelli cellulari di glutatione anti-ossidante, sia direttamente interferendo con la sua sintesi, che indirettamente inibendo la via dei pentoso fosfati, la quale produce NADPH a partire da glucosio. In linea con queste evidenze, la citotossicità indotta da IACS-010759 nelle cellule che iper-esprimono Myc è risultata repressa sia dalla presenza di alti livelli di glucosio, sia mediante trattamento con N-acetil-cisteina anti-ossidante. Sulla base di quanto detto, abbiamo deciso di testare se l’attività anti-tumorale di IACS-010759 potesse essere potenziata dal co-trattamento con un farmaco pro-ossidante. Quindi abbiamo combinato IACS-010759 con Ascorbato, il quale possiede effetti pro-ossidanti a dosi farmacologiche. I due farmaci hanno mostrato un effetto citotossico sinergico su cellule di linfoma di Burkitt e linfoma diffuso a grandi cellule B. Dal punto di vista meccanicistico, il potenziamento di Ascorbato con IACS-010759 potrebbe dipendere dal rilascio di ferro da proteine con centro Fe-S a causa di uno stress ossidativo indotto dal secondo farmaco: di conseguenza, lo ione ferrico libero reagisce con Ascorbato per produrre specie radicali attraverso la reazione di Fenton. Complessivamente, i nostri dati indicano la combinazione IACS-010759 con Ascorbato come un possibile nuovo trattamento per i linfomi, sottolineando il potenziale terapeutico della combinazione degli inibitori OXPHOS con farmaci pro-ossidanti.