Control de la quimiorresistencia con KEAP en el CPCP

El cáncer pulmonar de células pequeñas (CPCP) es una forma altamente agresiva de cáncer de pulmón que representa aproximadamente el 15 % de todos los casos de esta enfermedad. Aunque inicialmente responden al tratamiento, la mayoría de los tumores reaparecen siendo resistentes al tratamiento original. Este patrón favorece la alta tasa de mortalidad: casi el 73 % de los pacientes mueren dentro de los cinco años posteriores al diagnóstico.

El cáncer pulmonar de células pequeñas (CPCP) se define por su pérdida frecuente de genes supresores de tumores, que normalmente mantienen el crecimiento celular bajo control. La razón por la que estos tumores presentan quimiorresistencia de manera tan probable sigue siendo un misterio para la ciencia. Un nuevo estudio publicado en Science Advances por Lauren Brumage, Scott Best y el Dr. David MacPherson del laboratorio MacPherson aborda este misterio directamente al identificar la pérdida de KEAP1 como un mecanismo clave detrás de la resistencia.

Por medio de un xenoinjerto obtenido de un paciente (PDX, por sus siglas en inglés) que aún no ha presentado ninguna quimiorresistencia, el equipo realizó una prueba en 363 genes asociados al cáncer pulmonar de células pequeñas (CPCP), incluyendo dos, MYCN y MYCL, que previamente se habían relacionado con la quimiorresistencia. Después de usar lentivirus para introducir su colección en las células derivadas del tumor, las implantaron en ratones y esperaron a que crecieran. Los tumores establecidos se trataron con solución salina como control o con una combinación de cisplatino y etopósido, dos quimioterápicos que actúan sobre el ciclo celular.  El equipo se sintió alentado al descubrir que los códigos de barras asociados con el MYCN promotor de la quimiorresistencia aparecían con mayor frecuencia en los tumores tratados con quimioterapia, lo que validó la capacidad de la prueba para detectar genes que promueven la resistencia.

Con su sistema modelo establecido, el coautor principal Scott Best prosiguió con una prueba de deleción CRISPR-Cas9 in vivo utilizando un segundo PDX. Esta vez, realizaron una prueba de pérdida de función utilizando una colección enfocada en CPCP de 400 ARN guía (ARNg) dirigidos a genes seleccionados mediante la exploración de datos genómicos en busca de áreas con deleciones o mutaciones truncantes, así como genes que ya están implicados en la quimiorresistencia, como miembros de la vía de señalización Wnt.

Cuando se enfocaron en las guías que estaban enriquecidas en tumores tratados con quimioterapia, seis genes se destacaron del resto. Permanezca en sintonía porque cinco de estos seis genes pertenecen al complejo acetiltransferasa Spt-Ada-Gcn5 que Scott Best investiga por separado en el laboratorio. El sexto ARNsg enriquecido se dirigió a KEAP1, que el laboratorio describió como “un regulador maestro de la vía de respuesta al estrés oxidativo del factor 2 relacionado con el factor nuclear eritroide 2 (NRF2).”

KEAP1, que significa “Proteína 1 asociada a ECH tipo Kelch”, es una proteína que actúa como un “botón de apagado” molecular para el regulador antioxidante NRF2. Bajo condiciones normales, KEAP1 se dirige a NRF2 para su degradación, manteniendo su actividad baja. Sin embargo, en respuesta al estrés celular, KEAP1 cambia de forma y libera su agarre, permitiendo que NRF2 se acumule y entre en el núcleo. Allí, NRF2 desencadena un programa de expresión génica que aumenta la capacidad de la célula para desintoxicar moléculas dañinas y sobrevivir al estrés.

Con KEAP1 señalado como un posible impulsor de la resistencia, los autores se enfocaron en él. Brumage utilizó de su prueba un ARNsg dirigido a KEAP1 para generar tumores con pérdida de KEAP1 y los trató junto con los tumores de control con cisplatino y etopósido. En los tumores de control, la quimioterapia redujo los tumores como se esperaba; mientras que en los tumores que carecían de KEAP1, los medicamentos fueron completamente ineficaces, lo que demostró claramente que la pérdida de KEAP1 es suficiente para generar quimiorresistencia en este modelo.

Pero, ¿cómo la pérdida de KEAP1 promueve la resistencia a nivel molecular? La secuenciación del ARN reveló una regulación al alza de los genes diana de NRF2 y, curiosamente, un cambio más amplio hacia la reprogramación metabólica. Vías como la glucólisis, la respuesta a la hipoxia y el metabolismo del glutatión fueron reguladas al alza, compatibles con defensas antioxidantes mejoradas y un uso alterado de nutrientes.

Para investigar más a fondo el ángulo metabólico, el equipo utilizó espectrometría de masas y descubrió que los tumores con deficiencia de KEAP1 tenían niveles más bajos de glutamato, lo que sugiere que estos tumores podrían depender del metabolismo de la glutamina. Para comprobarlo, trataron tumores con telaglenastat (CB-839), un inhibidor de la glutaminasa. Sorprendentemente, este tratamiento provocó la regresión de tumores con deficiencia de KEAP1, mientras que aquellos con KEAP1 intacto no se vieron afectados.

Al reflexionar sobre este hallazgo, Brumage señaló: “Lo más emocionante e impactante de esta publicación fue identificar la inhibición de la glutaminasa como una vulnerabilidad terapéutica en el CPCP con mutación KEAP1, junto con los datos de los colaboradores de Genentech que muestran que la vía KEAP1-NFE2L2 está mutada en un subconjunto de pacientes reales con esta enfermedad”.

En efecto, la fase final del estudio enfatiza la importancia de la colaboración clínica. Con el fin de evaluar la relevancia de sus hallazgos en pacientes, el equipo aunó esfuerzos con Genentech y recurrió a datos del ensayo IMpower133, un estudio clínico histórico que añadió el inhibidor de punto de control inmunitario atezolizumab a la quimioterapia con platino-etopósido. Al analizar los datos de expresión génica de los participantes del ensayo, Brumage y sus colegas descubrieron que un subconjunto de pacientes presentaba una alta expresión distintiva de 11 genes KEAP1/NRF2, lo que sugiere la activación de esta vía en tumores reales. De manera importante, los pacientes con puntuaciones distintivas elevadas tuvieron peores resultados clínicos, lo que refuerza el papel de la pérdida de KEAP1 en la resistencia a la quimioterapia.

De este modo, Brumage concluyó, “En conjunto, estos hallazgos demuestran la relevancia clínica de nuestro trabajo y señalan una nueva forma de abordar este subconjunto de CPCP.”

Los doctores Slobodan Beronja, Patrick Paddison, Lucas Sullivan y David MacPherson, integrantes del Consorcio Oncológico del Seattle Children’s, el Fred Hutch y la Universidad de Washington contribuyeron a esta investigación.

Esta investigación destacada recibió financiamiento de los Institutos Nacionales de la Salud.

Brumage L#, Best S#, Hippe DS, Grunblatt E, Chanana P, Wu F, Lee M, Ying Z, Ibrahim A, Chung J, Vigil A, Fatherree J, Beronja S, Paddison P, Sullivan L, Nabet B, MacPherson D. 2025. In vivo functional screens reveal KEAP1 loss as a driver of chemoresistance in small cell lung cancer. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adq7084.  # co-first authors