Inibidores do transportador ABCG2 : reguladores de expressão, reposicionamento de fármacos e sistema de drug delivery baseado em vesículas extracelulares humanas

Abstract

Resumo: Um fator crucial que leva à resistência a múltiplas drogas (MDR) em câncer é a superexpressão de transportadores ABC. Entre eles, destacam-se: a glicoproteína P (P-gp) e ABCG2, que são mediadores do efluxo de diversos quimioterápicos, diminuindo sua concentração intracelular e, consequentemente, levando à falha da quimioterapia. Por isso, um considerável esforço tem sido dedicado à busca de agentes de reversão, eficazes para superar a MDR mediada por transportadores ABC, especialmente inibidores de ABCG2, uma vez que não há composto clinicamente disponível para esse fim, ao contrário de inibidores de P-gp, que têm sido utilizados em ensaios clínicos. Compostos químicos podem ter um modo de ação duplo na inibição de ABCG2: inibição da atividade do transportador e modulação de expressão. A utilização de moduladores da expressão de ABCG2 tem surgido como uma estratégia emergente para superar a MDR mediada por ABCG2 in vitro, com poucos exemplos in vivo. Entender os mecanismos pelos quais compostos são capazes de promover regulação transcricional e pós-traducional da expressão de ABCG2 pode direcionar futuros experimentos e melhorar a eficácia da quimioterapia. Classicamente, inibidores funcionais de ABCG2 têm sido mais estudados, com centenas de exemplos na literatura. Para acelerar o processo de desenvolvimento de fármacos, a estratégia de reposicionamento de drogas foi escolhida para esse trabalho. Ainda, considerando o contexto atual da pandemia COVID-19, drogas reposicionadas como candidatas ao tratamento de COVID-19: cloroquina, hidroxicloroquina, dexametasona, lopinavir, ivermectina, oseltamivir, prednisolona e hidrocortisona foram estudadas quanto ao potencial de serem inibidores de ABCG2. Lopinavir e ivermectina foram capazes de inibir a atividade de ABCG2 pelo transporte de Hoechst 33342 com concentração inibitória na metade da máxima (IC50) de 25,5 e 23,4 uM, respectivamente. Características estruturais e mecanismos moleculares de lopinavir e ivermectina como inibidores de ABCG2 foram elucidados: tipo de inibição não-competitiva, ligação aumentada do anticorpo conformacional 5D3 a ABCG2, ausência de efeito de regulação gênica e proteica do transportador, predição das interações drogas-ABCG2 por docking e dinâmica molecular. Finalmente, para superar a baixa solubilidade em água de compostos inibidores de transportadores ABC sistemas de nanopartículas foram estudados para a entrega das drogas. Nesse trabalho, vesículas extracelulares (VEs) de células sanguíneas obtidas por vesiculação com cálcio e naturalmente secretadas encontradas no plasma foram usadas com sucesso para a entrega de chromona 4a para inibir ABCG2 e elacridar para inibir P-gp. Aqui, pela primeira vez, mostramos o uso potencial de VEs do sangue para sistemas de entrega de drogas hidrofóbicas visando proteínas de membrana.

Abstract: A crucial factor leading to multidrug resistance (MDR) in cancer is the overexpression of ABC transporters. Among them, are highlighted: P-glycoprotein (P-gp) and ABCG2 are widely recognized as efflux mediators of several chemotherapeutic agents, thus decreasing their intracellular concentration and, consequently, leading to chemotherapy failure. Therefore, considerable effort has been devoted to the search for effective reversal agents to overcome MDR mediated by ABC transporters, especially ABCG2 inhibitors, since there is no clinically available compound for this purpose, unlike P-gp inhibitors, which has been used in clinical trials. Chemical compounds may have a dual mode of action in inhibiting ABCG2: inhibition of transporter activity and modulation of expression. The use of ABCG2 expression modulators has emerged as an emerging strategy to overcome ABCG2-mediated MDR in vitro, with few examples in vivo. Understanding the mechanisms by which compounds are able to promote transcriptional and post-translational regulation of ABCG2 expression may guide future experiments and improve the effectiveness of chemotherapy. Classically, functional inhibitors of ABCG2 have been the most studied, with hundreds of examples in the literature. To accelerate the drug development process, the drug repositioning strategy was chosen in this work. Also, considering the current context of the COVID-19 pandemic, drugs repositioned as candidates for the treatment of COVID-19: chloroquine, hydroxychloroquine, dexamethasone, lopinavir, ivermectin, oseltamivir, prednisolone and hydrocortisone were studied for their potential to be ABCG2 inhibitors. Lopivavir and ivermectin were able to inhibit ABCG2 activity by transporting Hoechst 33342 with half-maximal inhibitory concentration (IC50) of 25.5 and 23.4 uM, respectively. Structural characteristics and molecular mechanisms of lopinavir and ivermectin as ABCG2 inhibitors were elucidated: noncompetitive inhibition type, increased binding of conformational antibody 5D3 to ABCG2, lack of gene and protein regulatory effect of the transporter, prediction of drug- ABCG2 interactions by docking and molecular dynamics. Finally, to overcome the low water solubility of ABC transporter inhibitor compounds, nanoparticle systems were studied for drug delivery. In this work, extracellular vesicles (EVs) from blood cells obtained by calcium vesiculation and naturally secreted found in plasma were successfully used for the delivery of chromone 4a to inhibit ABCG2 and elacridar to inhibit P-gp. Here, for the first time, we show the potential use of blood EVs for hydrophobic drug delivery systems targeting membrane proteins.