The Second-generation of antimitotics: mechanistic insights into the anticancer activity and therapeutic potential

Abstract

O cancro da cabeça e do pescoço encontra-se entre os tipos de cancro mais comuns e prevalentes a nível mundial. O cancro da cabeça e do pescoço é constituído por diversos tipos de cancro sendo o cancro oral o mais prevalente e mortal. Embora tenham sido observadas pequenas melhorias na sobrevivência de pacientes com cancro oral, os casos mais avançados da doença continuam a apresentar baixa taxa de sobrevivência. Deste modo, novas abordagens terapêuticas são essenciais para o tratamento desta doença. Os agentes anti-microtúbulos (MTAs) têm sido amplamente usados no tratamento do cancro oral, sobretudo em combinações terapêuticas. Contudo, estes fármacos apresentam limitações como elevada toxicidade, por interferirem com os microtúbulos de células não tumorais, e possibilidade de aquisição de resistência aos mesmos. De modo a ultrapassar estas limitações desenvolveram-se inibidores de proteínas envolvidas na mitose, como a kinesin spindle protein (KSP) e Aurora B. KSP é uma cinesina essencial para a bipolaridade do fuso mitótico, cuja inibição provoca paragem prolongada em mitose devido à ativação do spindle assembly checkpoint (SAC), provocando morte celular. Por seu lado, Aurora B é uma quinase essencial para a correta segregação cromossómica e citocinese. A sua inibição causa uma curta paragem em mitose que é rapidamente ultrapassada aumentando a poliploidia e levando à morte celular. No entanto, apesar dos resultados promissores in vitro, estes fármacos falharam em ensaios clínicos devido principalmente à falta de eficácia e ao slippage, fenómeno pelo qual a célula saia da mitose sem que se originem duas células filhas. Assim, para prevenir slippage e potenciar a morte celular propôs-se neste trabalho combinar inibidores de KSP ou Aurora B com um inibidor de proteínas pro-sobrevivência da família BCL-2, Navitoclax, ou com Cetuximab, um inibidor do recetor epidermal growth factor receptor (EGFR), envolvido na proliferação celular. A primeira abordagem terapêutica, com Navitoclax em combinação com inibidores de KSP ou Aurora B, avaliada em células de cancro oral, demonstrou efeitos sinérgicos aumentando a morte celular durante a mitose ou a morte celular pós-slippage, respetivamente. A eficácia destas abordagens foi também testada em esferóides 3D monotípicos tendo demonstrado efeitos aditivos não se tendo observado aumento de sinalização apoptótica. Estes resultados demonstram a necessidade de avaliação das abordagens terapêuticas em modelos mais complexos e que melhor mimetizam os tumores. A segunda abordagem com Cetuximab foi testada em modelo 2D de células de cancro oral e levou a efeitos sinérgicos tanto com inibidores de KSP como com inibidores de Aurora B observando-se um aumento de células apoptótica para ambas as combinações. Estes resultados demonstram o potencial de estratégias de combinação de fármacos antimitóticos e de promotores de apoptose ou inibidores de proliferação celular.

Head and neck cancer is among the most prevalent malignancies worldwide, with oral cancer being the most common and lethal subtype. Despite minor improvements in patient survival, oral cancer patients with advanced stages continue to exhibit poor prognosis and low survival rates. Therefore, the development of novel therapeutic strategies is critical for improving treatment outcomes. Anti-microtubule agents (MTAs) have been extensively utilized in oral cancer treatment, primarily in combinatorial regimens. However, these agents present significant limitations, including high toxicity due to their impact on microtubules in non-tumoral cells and the potential for tumor cells to develop resistance. To address these challenges, inhibitors targeting key mitotic regulators, such as kinesin spindle protein (KSP) and Aurora B, have been developed. KSP, a kinesin essential for mitotic spindle bipolarity, plays a crucial role in microtubule crosslinking and chromosome alignment. Its inhibition leads to monopolar spindle formation, sustained spindle assembly checkpoint (SAC) activation, and prolonged mitotic arrest, ultimately resulting in mitotic cell death. Aurora B is a kinase critical for proper chromosome segregation and cytokinesis. Inhibition of Aurora B induces a transient mitotic arrest, which is rapidly bypassed increasing polyploidy and promoting cell death. Despite promising in vitro efficacy, these inhibitors have demonstrated limited success in clinical trials, likely due to low efficacy and mitotic slippage, process by which mitotic cells exit mitosis without successful cytokinesis. To enhance cell death and prevent slippage, this study explored the combination of KSP or Aurora B inhibitors with either Navitoclax, an antiapoptotic BCL-2 family protein inhibitor that promotes apoptosis, or Cetuximab, an inhibitor of epidermal growth factor receptor (EGFR), involved in cell proliferation. The first treatment approach, involving the combination of KSP or Aurora B inhibitors with Navitoclax, was assessed in 2D cultured oral cancer cells and exhibited synergistic effects, either prolonging mitotic arrest and enhancing mitotic cell death or increasing post-slippage apoptosis, respectively. Further evaluation in 3D monotypic spheroid models demonstrated primarily additive effects, with no significant increase in apoptotic response. These findings underscore the need of evaluating drugs using models that better mimic patient tumors to better predict therapeutic efficacy. The second approach, investigating Cetuximab in 2D oral cancer cell cultures, revealed synergistic interactions with both KSP and Aurora B inhibitors, leading to an increase in apoptotic cell populations for both combinations. These results highlight the potential of combinatorial strategies targeting mitotic regulators and apoptosis or proliferation pathways in oral cancer treatment.