Evaluating metabolic alterations in Multiple Myeloma as possible targets to overcome Proteasome Inhibitors resistance

Proteasome inhibitors (PI), such as bortezomib (BTZ) and carfilzomib (CFZ), have successfully improved outcomes for Multiple Myeloma (MM) patients over the past two decades. Despite recent advances, resistance to PIs remains a major obstacle to the successful treatment of MM. Previous studies of PI therapy for relapsed MM showed that continuous treatment with BTZ or CFZ caused metabolic alterations, leading to PI resistance. High-throughput metabolic drug screening on relapsed MM identified HIF-1α as novel therapeutic target to restore sensitivity to PIs. The aim of the research was to assess whether the use of the combination of a PI, such as BTZ and CFZ, with a new HIF-1α inhibitor, such as EL102, may result in the re-sensitization of PI resistant MM cells. Working on RPMI cell line, the analysis investigated the effect of combinations on PI resistant MM cell viability, which resulted in increased cell death. Protein expression with western blot analysis established a higher response to combinations compared to the single agents in processes such as apoptosis (Caspase-3, PARP1), metabolism and response to hypoxia (HIF-1α, GLUT1, PDK1 and LDHA). Flow cytometry with Propidium Iodide confirmed the increased effect of combinations on arrest of cell cycle in PI resistant MM as opposed to the single agents. When performing Seahorse Cell Mito Stress Test, both CFZ and BTZ combinations with EL102 successfully reduced activation of mitochondrial respiration as well as glycolysis in PI resistant MM. The study also verified that the combinations had the same effect on relapsed MM patient cells. Although further research is needed, results confirmed that combinations of EL102 with BTZ and CFZ were more efficient, compared to single agents, in inducing apoptosis, arrest of cell cycle and inhibition of metabolic pathways crucial for proliferation. To conclude, combining proteasome inactivation along with HIF-1 α inhibition may lead to the re-sensitization of PI resistant MM cells.

Gli Inibitori del Proteasoma (PI), come bortezomib (BTZ) e carfilzomib (CFZ), hanno efficacemente migliorato la sopravvivenza di pazienti con Mieloma Multiplo (MM) negli ultimi due decenni. Nonostante i recenti progressi, la resistenza ai PI rimane il maggiore ostacolo ad un trattamento efficace del MM. Recenti studi sulla terapia con PI contro il MM recidivante hanno mostrato che il trattamento continuato con BTZ o CFZ può causare alterazioni metaboliche, portando alla resistenza ai PI. Uno screening metabolico high-throughput, svolto su MM recidivante, ha identificato HIF-1α come possibile target terapeutico per ristabilire la sensibilità verso i PI. La mia ricerca si poneva l’obiettivo di determinare se l’uso di combinazioni di PI, come BTZ e CFZ, con un nuovo inibitore di HIF-1α, come EL102, potesse risultare vantaggioso per una re-sensibilizzazione del MM resistente ai PI. Analizzato l’uso delle combinazioni su linee cellulari RPMI di MM resistenti ai PI, si è registrata una significativa riduzione della vitalità cellulare. Inoltre, l’analisi western blot dell’espressione proteica, mediante studio di processi come apoptosi (Caspasi 3, PARP1), metabolismo e risposta all’ipossia (HIF-1α, GLUT1, PDK1 e LDHA), ha stabilito una maggiore risposta al trattamento con combinazioni rispetto alla monoterapia. Citofluorimetria a flusso con ioduro di propidio ha confermato, rispetto alla monoterapia, l’aumentata efficacia delle combinazioni nell’arrestare il ciclo cellulare di linee di MM resistenti ai PI. Inoltre, effettuando l’analisi Seahorse con Cell Mito Stress Test, entrambe le combinazioni di CFZ e BTZ con EL102 hanno ridotto efficacemente sia l’attivazione della respirazione mitocondriale sia la glicolisi in cellule di mieloma resistenti ai PI. La ricerca ha anche verificato che le combinazioni avessero la stessa efficacia sulle cellule di pazienti con MM refrattario. Nonostante siano necessarie ulteriori ricerche, i risultati dello studio hanno confermato che le combinazioni di EL102 con BTZ e CFZ sono più efficaci, rispetto alla monoterapia, nell’indurre apoptosi, arresto del ciclo cellulare e inibizione di processi metabolici cruciali per la proliferazione. Per concludere, combinare l’inattivazione del proteasoma con l’inibizione di HIF-1 α potrebbe rendere le cellule di MM di nuovo sensibili ai PI.