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Pharmacology and preclinical validation of a novel anticancer compound targeting PEPCK-M - 30/11/19

Doi : 10.1016/j.biopha.2019.109601 
Marc Aragó a, Juan Moreno-Felici a, Sonia Abás b, Sergio Rodríguez-Arévalo b, Petra Hyroššová a, Agnes Figueras c, Francesc Viñals a, c, Belén Pérez d, Maria I. Loza e, Jose Brea e, Pedro Latorre f, Jose A. Carrodeguas f, Pablo M. García-Rovés a, Carlos Galdeano g, Tiziana Ginex h, Francisco J. Luque h, Carmen Escolano b, Jose C. Perales a,
a Department of Physiological Sciences, School of Medicine, University of Barcelona, L’Hospitalet del Llobregat, Spain 
b Laboratory of Medicinal Chemistry (Associated Unit to CSIC), Faculty of Pharmacy and Food Sciences, and Institute of Biomedicine (IBUB), University of Barcelona, Barcelona, Spain 
c Programs of Molecular Mechanisms and Experimental Therapeutics in Oncology (ONCOBell), and Cancer Therapeutics Resistance (ProCURE), Catalan Institute of Oncology, Bellvitge Institute for Biomedical Research (IDIBELL), L'Hospitalet del Llobregat, Spain 
d Department of Pharmacology, Therapeutic and Toxicology, Autonomous University of Barcelona, Bellaterra, Spain 
e Innopharma Screening Platform, BioFarma Research Group, Centro de Investigación en Medicina Molecular y Enfermedades Crónicas (CIMUS), Universidad de Santiago de Compostela, Santiago de Compostela, Spain 
f Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos (BIFI), BIFI-IQFR (CSIC), Departamento de Bioquímica y Biología Molecular y Celular, Facultad de Ciencias, Universidad de Zaragoza, Zaragoza, Spain 
g Department of Pharmacy, Pharmaceutical Technology and Physical Chemistry, School of Pharmacy, and Institute of Biomedicine (IBUB), University of Barcelona, Barcelona, Spain 
h Department of Nutrition, Food Sciences and Gastronomy, School of Pharmacy and Food Sciences, Institute of Biomedicine (IBUB), and Institute of Theoretical and Computational Chemistry (IQTCUB), University of Barcelona, Santa Coloma de Gramanet, Spain 

Corresponding author at: Professor “Serra Hunter”, School of Medicine, University of Barcelona, 08907, Barcelona, Spain.Professor “Serra Hunter”, School of MedicineUniversity of BarcelonaBarcelona08907Spain

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Abstract

Background

Phosphoenolpyruvate carboxykinase (PEPCK) catalyzes the decarboxylation of oxaloacetate to phosphoenolpyruvate. The mitochondrial isozyme, PEPCK-M is highly expressed in cancer cells, where it plays a role in nutrient stress response. To date, pharmacological strategies to target this pathway have not been pursued.

Methods

A compound embodying a 3-alkyl-1,8-dibenzylxanthine nucleus (iPEPCK-2), was synthesized and successfully probed in silico on a PEPCK-M structural model. Potency and target engagement in vitro and in vivo were evaluated by kinetic and cellular thermal shift assays (CETSA). The compound and its target were validated in tumor growth models in vitro and in murine xenografts.

Results

Cross-inhibitory capacity and increased potency as compared to 3-MPA were confirmed in vitro and in vivo. Treatment with iPEPCK-2 inhibited cell growth and survival, especially in poor-nutrient environment, consistent with an impact on colony formation in soft agar. Finally, daily administration of the PEPCK-M inhibitor successfully inhibited tumor growth in two murine xenograft models as compared to vehicle, without weight loss, or any sign of apparent toxicity.

Conclusion

We conclude that iPEPCK-2 is a compelling anticancer drug targeting PEPCK-M, a hallmark gene product involved in metabolic adaptations of the tumor.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abbreviations : PEPCK, 3-MPA, PEP, OAA, MA, GSIS, AARE, ER, CETSA, ITDRF, ADMET, BBB

Keywords : PEPCK-M, Xanthine derivatives, PEPCK inhibitors, Cancer metabolism, Xenograft, Gluconeogenesis, Breast carcinoma, Colon carcinoma, Preclinical, Mitochondrial physiology, CETSA, Insulin secretion


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