イソクエン酸デヒドロゲナーゼ 1 変異体阻害剤イボシデニブに対する耐性は、代替二量体によって克服できる

Nature Communications volume 13、記事番号: 4785 (2022) この記事を引用

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イソクエン酸デヒドロゲナーゼ 1 (IDH1) R132C および R132H 変異体の阻害剤であるイボシデニブは、急性骨髄性白血病 (AML) の治療薬として承認されています。 IDH1 R132C/S280F につながる IDH1 R132C の 2 番目の部位変異によるイボシデニブに対する耐性が出現しました。 我々は、IDH1 R132C/S280F および R132H/S280F バリアントに関する生化学的、結晶学的、細胞的研究について説明します。これは、IDH1 二量体界面での阻害剤結合の調節と速度論的特性の変化の両方が関与する第 2 部位耐性のメカニズムについて情報を提供します。これにより、IDH1 R132C および IDH1 R132H と比較して、より効率的な 2-HG 生成が可能になります。 重要なことに、生化学的および細胞的結果は、現在第2相臨床試験中のいくつかを含む代替阻害剤を使用することによって、AML患者におけるS280F媒介耐性を克服できるはずであることを実証している。

がん細胞が代謝を変化させる可能性があることは以前から知られていました 1 が、この知識が治療効果に利用されるようになったのはつい最近のことです 1、2、3。 ヒトには 3 つのイソクエン酸デヒドロゲナーゼ アイソフォーム (IDH1-3) があり、これらはイソクエン酸から 2-オキソグルタル酸 (2-OG) への変換を触媒します。 IDH1/2 は補因子として NADP+ を使用しますが、トリカルボン酸 (TCA) 回路の一部である IDH3 は NAD+4,5 を使用します。 イソクエン酸デヒドロゲナーゼ 1 (IDH1) および 2 (IDH2) をコードする遺伝子に対するさまざまな体細胞変異により、2-OG から 2-ヒドロキシグルタル酸 (2-HG) への還元を触媒する能力が大幅に増加した変異体が生じます6,7,8,9。 したがって、2-HG レベルの上昇は、潜在的にクロマチンの不安定化を介して腫瘍形成を促進すると考えられています 10。 がん細胞で最も一般的な IDH1 バリアントは、R132H と R132C11 です。

複数の IDH1 阻害剤と IDH2 阻害剤が報告されていますが、臨床使用、つまりがん細胞が IDH 変異体を作る急性骨髄性白血病 (AML) の治療で承認されているのは、IDH1 阻害剤 (イボシデニブ) と IDH2 阻害剤 (エナシデニブ) の 1 つだけです。 しかし、イボシデニブ耐性は、IDH1 R132C/S280F を生成する第 2 部位変異の結果として出現しており、現在までに 5 例が報告されています 14、15、16。

2番目の部位IDH1 S280F置換がイボシデニブに対する耐性を可能にする正確な機構的根拠、およびイボシデニブを超えたIDH1変異体阻害へのその影響は不明である14、15、16。 これらの疑問に対処する、IDH1 R132C/S280F および IDH1 R132H/S280F に関する生化学的、構造的、細胞的研究を報告します。 単離された酵素を用いた結果は、二量体界面での阻害剤結合の減少および速度論的特性の変化を含む、S280F媒介耐性の機構を知らせ、IDH1 R132CまたはR132Hと比較して2-HG産生の増強を可能にする。 重要なのは、この結果は、S280F 置換がイボシデニブに対する耐性を引き起こすことを明らかにしていますが、他のいくつかの IDH1 R132H および R132C 阻害剤には当てはまらず、その一部は第 2 相臨床試験中です。

IDH1 S280F 媒介阻害剤耐性のメカニズムを調査するために、確立されたプロトコール 17,18 を使用して、高度に精製された形態の組換え IDH1 R132C/S280F および R132H/S280F、および比較のために IDH1 R132C、IDH1 R132H、IDH1 野生型 (wt)、IDH1 を作製しました。 S280F (IDH1 R132C または R132H なし) および IDH1 R132H/Q277E (補足図 1a)。 IDH1 R132H/Q277E 変異体は、IDH2 変異阻害剤エナシデニブに対する獲得薬剤耐性が (i) IDH2 R140Q/I319M および (ii) IDH2 R140Q/Q316E に関連付けられているために作成されました。 IDH2 I319 は IDH1 S280 と相同であり、IDH2 Q316 は IDH1 Q277 と相同です (補足図 1b/c)14。 IDH1 R132HおよびR132Cに関する以前の研究と一致して、すべての組換えタンパク質は溶液中で主に二量体であり（補足図1d〜f）、2つのNADPH分子と共精製される可能性があります（IDH1 wtおよびR132H18について報告され、IDH1 R132Cについて示されているように、補足）図1g/h）。 生物物理学的研究では、S280F置換は二次構造に影響を及ぼさないことが示されていますが（補足図1i）、この置換はIDH1 R132CおよびR132H変異体、ならびにIDH1 wtの熱力学的安定性を大幅に強化します（図1b;補足図1j）。 ）。 以降の本文では、特に明記されている場合を除き、言及されるすべての IDH バリアントは IDH1 ベースであることに注意してください。