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Pharmacological inhibition of MEK1/2 signaling disrupts bile acid metabolism through loss of Shp and enhanced Cyp7a1 expression - 03/02/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114270 
Cristy R.C. Verzijl a, Ivo P. van de Peppel a, Roos E. Eilers a, Vincent W. Bloks a, Justina C. Wolters a, Martijn Koehorst b, Niels J. Kloosterhuis a, Rick Havinga a, Mathilde Jalving c, Dicky Struik a, Johan W. Jonker a,
a Department of Pediatrics, University of Groningen, University Medical Center Groningen, Groningen, The Netherlands 
b Department of Laboratory Medicine, University of Groningen, University Medical Center Groningen, 9713 Groningen, GZ, The Netherlands 
c Department of Medical Oncology, University of Groningen, University Medical Center Groningen, Groningen, The Netherlands 

Correspondence to: University Medical Center Groningen, Laboratory of Pediatrics, Groningen, the Netherlands.University Medical Center Groningen, Laboratory of PediatricsGroningenthe Netherlands

Abstract

The RAS-MAPK signaling pathway is one of the most frequently dysregulated pathways in human cancer. Small molecule inhibitors directed against this pathway have clinical activity in patients with various cancer types and can improve patient outcomes. However, the use of these drugs is associated with adverse effects, which can result in dose reduction or treatment interruption. A better molecular understanding of on-target, off-tumor effects may improve toxicity management. In the present study, we aimed to identify early initiating biological changes in the liver upon pharmacological inhibition of the RAS-MAPK signaling pathway. To this end, we tested the effect of MEK inhibitor PD0325901 using mice and human hepatocyte cell lines. Male C57BL/6 mice were treated with either vehicle or PD0325901 for six days, followed by transcriptome analysis of the liver and phenotypic characterization. Pharmacological MEK inhibition altered the expression of 423 genes, of which 78 were upregulated and 345 were downregulated. We identified Shp, a transcriptional repressor, and Cyp7a1, the rate-limiting enzyme in converting cholesterol to bile acids, as the top differentially expressed genes. PD0325901 treatment also affected other genes involved in bile acid regulation, which was associated with changes in the composition of plasma bile acids and composition and total levels of fecal bile acids and elevated predictive biomarkers of early liver toxicity. In conclusion, short-term pharmacological MEK inhibition results in profound changes in bile acid metabolism, which may explain some of the clinical adverse effects of pharmacological inhibition of the RAS-MAPK pathway, including gastrointestinal complications and hepatotoxicity.

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Graphical Abstract




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Highlights

Pharmacological inhibition of MEK1/2 alters the hepatic transcriptome.
Cyp7a1 is a key differentially expressed gene after MEK1/2 inhibition.
MEK1/2 inhibition disrupts bile acid metabolism in vivo.
Disrupted bile acid metabolism may underlie adverse effects of MEK inhibitors.
Restoration of bile acid metabolism may prevent or delay hepatotoxicity.

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Abbreviations : MEK, ERK, RTK, FGF, EGF, PDGF, IGF, FDA, NSCLC, ATC, NF1, CYP7A1, SHP/NR0B2, CYP8B1, CYP27A1, CYP7B1, NTCP/SLC10A1, OATP1/SLCO1A1, FXR/NR1H4, BSEP/ABCB11, ASBT/SLC10A2, OSTβ/SLC51B, IBABP/FABP6, CA, DCA, MCA, UDCA, ALT, AST, CRAT, TKFC, CAR3, PD-1

Keywords : Bile acid metabolism, Liver toxicity, MEK inhibition, Cancer treatment, RAS-MAPK signaling


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