10.24265/horizmed.2024.v24n2.07

Artículos originales

Propuesta de estrategias terapéuticas combinadas para KRAS en cáncer de pulmón de células no pequeñas a partir de análisis in silico

Proposal of combined therapeutic strategies for KRAS in non-small cell lung cancer based on an in silico analysis

Daniela Chapilliquen Ramírez*  1  , Estudiantes de Medicina Humana
http://orcid.org/0000-0001-7577-6696

Juan Faya Castillo1  , magíster en Ciencias Bioinformática
http://orcid.org/0000-0002-3408-7971

Richard Zapata Dongo1  , magíster en Investigación Biomédica
http://orcid.org/0000-0001-7634-1029

Brenda Moy Díaz1  , química-farmacéutica
http://orcid.org/0009-0008-3055-975X

Stefany Infante Varillas1  , magíster en Investigación Biomédica
http://orcid.org/0000-0002-3067-233X

1Universidad de Piura, Facultad de Medicina Humana. Lima, Perú.


RESUMEN

Objetivo:

Los pacientes con cáncer de pulmón de células no pequeñas positivas a la mutación del gen linfoma anaplásico quinasa (ALK+) que, además, presentan mutaciones en el gen Kirsten rat sarcoma (KRAS), como KRASG12C, están mostrando resistencia tanto a inhibidores del gen linfoma anaplásico quinasa (ALK) como de KRAS. Por ello, se analizó la interacción de los inhibidores de ALK con KRAS, para sugerir una sinergia entre ambos.

Materiales y métodos:

En el estudio se realizó un modelado por homología de las estructuras KRASwt, KRASG12C y ALKwt. Posteriormente, se realizaron acoplamientos moleculares para determinar la energía de unión de los inhibidores de ALK y de KRAS, y evaluar la posible interacción entre los inhibidores de ALK con KRAS y la estructura KRASG12C. Finalmente, se analizó la expresión en la vía de proliferación celular de las proteínas rat sarcoma/quinasa regulada por señales extracelulares (vía RAS/MEK) mediante la técnica de Western blot.

Resultados:

Los valores de energía de unión muestran la posibilidad de interacción de los inhibidores de ALKwt, como crizotinib y alectinib, con las estructuras de KRASwt y KRASG12C. Los acoplamientos entre crizotinib con KRASwt y KRASG12C, respectivamente, muestran valores de energía de interacción (42,77 kcal/mol y 46,20 kcal/mol) muy similares a los obtenidos entre crizotinib y ALK (42,37 kcal/mol). A su vez, alectinib se acopló en el mismo sitio que los fármacos específicos de KRAS y KRASG12C, y presentaron valores de energía de interacción (51,74 kcal/mol y 54,69 kcal/mol, respectivamente) superiores a los obtenidos con ALK (44,94 kcal/mol). Finalmente, la expresión de la vía RAS/MEK nos mostró una disminución significativa de la expresión de RAS en líneas celulares de cáncer de pulmón ALK+ y ALKL1196M tratadas con crizotinib y alectinib.

Conclusiones:

Las técnicas in silico de este estudio muestran la posibilidad de acoplamiento entre los inhibidores de ALK (crizotinib y alectinib) con la estructura de KRAS. Esto permite sugerir una posible terapia combinada entre inhibidores de KRAS y ALK para los casos de coexistencia de ambas mutaciones, que puede evaluarse en posteriores ensayos con líneas celulares.

Palabras clave: Cáncer de Pulmón de Células no Pequeñas; ALK Quinasa; Acoplamiento Molecular


ABSTRACT

Objective:

Patients with non-small cell lung cancer positive for the anaplastic lymphoma kinase (ALK+) gene mutation who also have mutations in the Kirsten rat sarcoma (KRAS) gene, such as KRAS G12C, are showing resistance to both anaplastic lymphoma kinase (ALK) gene and KRAS inhibitors. Therefore, the interaction between ALK inhibitors and KRAS was analyzed to suggest a synergy between them.

Materials and methods:

The study performed homology modeling of the KRASwt, KRAS G12C and ALKwt structures. Subsequently, molecular dockings were carried out to determine the binding energy of ALK and KRAS inhibitors and to evaluate the possible interaction of ALK inhibitors with KRAS and the KRAS G12C structure. Finally, the expression in the RAS/MEK pathway was analyzed using the Western Blot technique.

Results:

The binding energy values show the potential interaction of ALKwt inhibitors, such as crizotinib and alectinib, with the KRASwt and KRAS G12C structures. The binding of crizotinib to KRASwt and KRAS G12C, respectively, indicates interaction energy values (42.77 kcal/mol and 46.20 kcal/mol) which are very similar to those obtained between crizotinib and ALK (42.37 kcal/mol). In turn, alectinib bound to the same site as drugs targeting KRAS and KRAS G12C, and showed interaction energy values (51.74 kcal/mol and 54.69 kcal/mol, respectively) higher than those obtained with ALK (44.94 kcal/mol). Finally, a significant decrease in RAS expression within the RAS/MEK pathway was observed in ALK+ and ALK 1196M lung cancer cell lines treated with crizotinib and alectinib.

Conclusions:

In silico techniques of this study demonstrate the potential binding of ALK inhibitors (crizotinib and alectinib) to the KRAS structure. In addition, this allows suggesting a possible combined therapy between KRAS and ALK inhibitors for cases of coexistence of both mutations that can be assessed in subsequent trials with cell lines.

Keywords: Carcinoma; Non-Small-Cell Lung; Anaplastic Lymphoma Kinase; Molecular Docking Simulation


Introducción

El cáncer de pulmón (CP) constituye una de las principales causas de muerte por cáncer a nivel global, por ello en el año 2020 se ubicó en el cuarto puesto en términos de prevalencia entre todos los tipos de cáncer. El cáncer de pulmón de células no pequeñas (CPCNP) es el de mayor predominio entre los CP y representa el 84 % del total de diagnósticos 1.

En el CPCNP se han identificado diversas alteraciones moleculares, como las mutaciones génicas (EGFR, MET, KRAS, BRAF, ERK) y cromosómicas (ALK o ROS1) 2,3. En pacientes con CPCNP positivo para la proteína quinasa del linfoma anaplásico (CPCNP ALK+), se observa una inversión paracéntrica del gen Echinoderm microtubuleassociated protein-like 4 (EML4) y el gen ALK, lo que conduce a la formación de una proteína de fusión anormal (EML4-ALK) 4,5, que, a su vez, genera la persistencia de la actividad catalítica en su dominio intracelular. Por tanto, se produce una fosforilación descontrolada por su naturaleza quinasa, lo cual desencadena la activación desregulada de múltiples vías de señalización. Estas vías incluyen la proliferación celular (mediante PLC y RAS), la supervivencia celular (a través de PI3K), el crecimiento tumoral (vía STAT 3/5) y la vía asociada a la familia de proteínas antiapoptóticas BCL2 6. Por tanto, cabe resaltar la importancia de abordar las implicaciones de esta mutación en la progresión y tratamiento del CPCNP.

Dentro de la familia de proteínas Ras, se identifican tres protooncogenes cruciales: KRAS, NRAS y HRAS, donde KRAS es el predominante en tumores sólidos como el cáncer de pulmón 7. La proteína KRAS se presenta en dos estados distintos, uno inactivo unido a guanosina difosfato (GDP) y otro activo unido a guanosina trifosfato (GTP). Normalmente, la inactivación de KRAS es inducida por proteínas activadoras de Ras-GTPasa (RasGAP) 8. Sin embargo, las mutaciones más comunes en los residuos de aminoácidos Gly12, Gly13 y Val619 conducen a una resistencia en la hidrólisis de GTP mediada por RasGAP 10,11. Esto resulta en una forma de KRAS constitutivamente activa, lo que desencadena una activación descontrolada de mecanismos clave relacionados con el crecimiento, la proliferación y la supervivencia en las células oncogénicas (Figura 1). Esta comprensión detallada de los eventos moleculares que rodean a KRAS subraya su papel central en la patogénesis del cáncer de pulmón y enfatiza la necesidad crítica de desarrollar terapias dirigidas, específicamente a esta vía de señalización, para mejorar los resultados clínicos en pacientes afectados.

Figura 1 Vía RAS/MEK posalteraciones de KRAS y EML4-ALK en cáncer de pulmón de células no pequeñas. Adaptado de Huang L, Guo Z, Wang F, Fu L. KRAS mutation: from undruggable to druggable in cancer. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):1-20. 

Las estrategias convencionales de terapia dirigida se centran en la competencia directa entre los inhibidores de ALK (ALKinh)12,13) y la molécula de ATP por el sitio de interacción de este último, lo que impide el proceso postraduccional de fosforilación. No obstante, en los últimos años se ha observado la presencia de resistencia a los ALKinh (crizotinib, ceritinib, alectinib 14-16 brigatinib 17) en pacientes con CPCNP ALK+. Este fenómeno se ve agravado por la concomitancia de alteraciones en KRAS, ALK y/o EGFR en estos pacientes, lo que ha dado lugar a un aumento en la resistencia tanto a inhibidores de ALK como de KRAS 18,19.

Se ha identificado que ciertas proteínas de fusión que incorporan receptores de tirosina quinasa, como EML4-ALK, pueden asociarse con GRB2 y SOS para formar gránulos proteicos citoplasmáticos sin membrana, lo que resulta en la activación de KRAS y otras señales descendentes 20. Esta comprensión detallada de los mecanismos moleculares subyacentes destaca la complejidad de las interacciones dentro de las vías de señalización en el contexto del CPCNP ALK+, y sugiere la necesidad de enfoques terapéuticos más integrados y específicos para abordar la resistencia emergente a los tratamientos convencionales.

Materiales y métodos

Diseño y población de estudio

Los resultados de este estudio parten de un análisis descriptivo que combinó la ejecución de ensayos tanto in silico como in vitro. Los estudios in silico se llevaron a cabo utilizando herramientas y software especializados, y se consideró como población de estudio a las estructuras de KRASWT, KRASG12C y ALK a partir de la base de datos RCSB-PDB (Research Collaboratory for Structural Bioinformatics: Protein Data Bank), mientras que los ensayos in vitro emplearon a las líneas celulares de CPCNP:EML4-ALKWT, EML4-ALKL1196M, EML4-ALKG1202R como población de estudio. Los experimentos se realizaron en los laboratorios de investigación de la Universidad de Piura. Todas las etapas de la investigación se desarrollaron con la aprobación del Comité Institucional de Ética en Investigación de la Universidad de Piura.

Variables y mediciones

Los ensayos in silico presentaron las variables de acoplamiento molecular entre crizotinib con KRASWT y KRASG12C y acoplamiento molecular entre alectinib con KRASWT y KRASG12C, medidos en kcal/mol. Los ensayos experimentales presentaron las variables de expresión de RAS y MEK, cuya expresión fue normalizada con β-actina expresada en su variación.

Análisis estadístico

El cálculo de la concentración inhibitoria media (IC50) se realizó mediante una regresión no lineal paramétrica ajustado a un intervalo de confianza del 95 %, mientras que para la comparación por grupos múltiples de variables se utilizó Anova y el test de Tukey, y se consideró estadísticamente significativo para p < 0,05. Los gráficos se representaron en GraphPad Prism, versión 10.0.2.

Consideraciones éticas

Este estudio fue aprobado por el Comité Institucional de Ética en Investigación de la Universidad de Piura (N°: PREMED08202116). No se requirió la intervención de seres humanos o muestras biológicas. Se desarrolló en los laboratorios de investigación: Cultivo Celular, Inmunología y Biología Celular y Análisis de Proteína y Bioinformática de la Universidad de Piura.

Ensayos in silico

Para una comprensión más profunda de la naturaleza de la interacción en el sitio de unión de la proteína KRAS y sus ligandos inhibidores específicos, se llevó a cabo un enfoque computacional. Para lograr este objetivo, se implementaron técnicas de modelado y acoplamiento molecular, lo que permitió una exploración detallada de las interacciones moleculares en el nivel atómico.

Modelamiento molecular de KRAS

El modelado molecular es una técnica fundamental para obtener la estructura tridimensional completa de macromoléculas, especialmente en casos en que no estén disponibles o se presenten de manera incompleta, como en KRAS y ALK. En el contexto de este estudio, se adquirió la secuencia aminoacídica de la proteína KRAS de UniProt (https://www.uniprot.org/), a partir de la cual se generó su estructura tridimensional utilizando el módulo de modelado por homología de YASARATM (http://www.yasara.org/) en su versión 22.9.24. Además, se modeló la estructura de KRASG12C para introducir una mutación en el modelo KRASWT. Finalmente, el modelo de ALK se obtuvo utilizando también el software YASARATM.

Este módulo de modelamiento molecular facilita la comparación de la secuencia en formato "fasta" con estructuras 3D almacenadas en RCSB-PDB (https://www.rcsb.org/), lo que permite generar la estructura 3D correspondiente. Todo el procedimiento se realizó siguiendo un protocolo aprobado por la Evaluación crítica de técnicas para la predicción estructural de proteínas (The Critical Assessment of Protein Structure Prediction [CASP]), lo que garantizó la precisión y fiabilidad de los resultados obtenidos en este análisis de modelado molecular 21.

Acoplamiento de KRAS e inhibidores

El proceso de acoplamiento molecular fue fundamental para generar los complejos conformados por las proteínas KRASWT, KRASG12C y ALKWT en interacción con los inhibidores específicos de KRAS: adagrasib, sotorasib y SML8-73-1, así como los agentes inhibidores específicos de ALK: crizotinib y alectinib. Las características estructurales de estos fármacos se obtuvieron de la base de datos ZINC15 (https://zinc.docking.org/) en formato "mol". Posteriormente, se llevó a cabo un proceso de optimización de los complejos formados, y se completó la adición de hidrógenos faltantes con el software YASARATM.

Para cada complejo, se realizó el cálculo de la energía de interacción en unidades de kcal/mol, lo que permitió una evaluación cuantitativa de la estabilidad y la fuerza de la interacción entre las macromoléculas estudiadas y los inhibidores específicos. Este análisis detallado de las interacciones moleculares proporcionó información valiosa sobre la afinidad de unión y la estabilidad de los complejos formados, lo que contribuyó significativamente a una comprensión más profunda de los mecanismos subyacentes a la interacción fármaco-proteína en el contexto del cáncer de pulmón de células no pequeñas.

Ensayos in vitro

Para evaluar la variación en la expresión de RAS en las líneas celulares murinas de CPCNP, se realizaron ensayos para determinar el IC50, con el fin de identificar la dosis óptima para el tratamiento con inhibidores de ALK. Posteriormente, los ensayos emplearon técnicas estandarizadas de electrotransferencia y Western blot, que permitieron una evaluación cuantitativa y cualitativa de los niveles de expresión de RAS en las líneas celulares de CPCNP tratadas con diferentes dosis de inhibidores de ALK. El análisis de estos datos proporcionó información sobre la influencia de los inhibidores de ALK en la expresión de RAS, lo que contribuyó a una comprensión más profunda de los mecanismos moleculares implicados en la patogénesis del CPCNP.

Líneas celulares

Para llevar a cabo los ensayos in vitro, se utilizaron tres líneas celulares murinas de CPCNP: Ba/F3 EML4-ALKWT, Ba/F3 EML4-ALKL1196M y Ba/F3 EML4-ALKG1202R, las cuales fueron cedidas por los investigadores Luca Mologni y Diletta Fontana de la Università degli Studi di Milano Bicocca 22. Cada uno de los ensayos experimentales se realizó en tres repeticiones independientes, lo que garantizó la robustez y la fiabilidad de los datos obtenidos.

Las líneas celulares se mantuvieron en condiciones de cultivo en DMEM 1x (Sigma-Aldrich), complementado con suero bovino fetal inactivado al 10 % y penicilina/estreptomicina al 1 %. El cultivo celular se llevó a cabo en un entorno de incubación a 37 °C con una atmósfera controlada de 5 % de CO₂, lo que proporcionó un entorno óptimo para el crecimiento y la viabilidad celular durante el desarrollo de los ensayos in vitro.

Determinación de IC50

Se realizó el cultivo de 105 células/mL de cada línea celular en placas de 96 pocillos, seguido del tratamiento con los fármacos crizotinib (HY-50878, 877399-52-5) y alectinib (HY-13011, 1256580-46-7) en ocho concentraciones seriadas de proporción (1:3). La concentración mínima utilizada fue de 0 μM, mientras que la concentración máxima fue de 10 μM. Las muestras se incubaron durante 48 horas, tras las cuales se añadió CellTiter 96® AQueous One Solution Cell Proliferation Assay (MTS) (Promega) al 10 %. Luego de un período adicional de tres horas, se obtuvieron las lecturas de absorbancia a 490 nm mediante un espectrofotómetro Multiskan Go (TermoScientific®).

Los datos recolectados se utilizaron para calcular la IC50, lo que permitió una evaluación precisa de la eficacia de los fármacos crizotinib y alectinib en la inhibición del crecimiento celular en las líneas celulares de CPCNP estudiadas. Este análisis cuantitativo proporcionó información crucial sobre la respuesta de las células a diferentes concentraciones de los fármacos, lo que contribuyó a una comprensión más profunda de sus perfiles de sensibilidad y resistencia.

Tratamiento

Se realizó el cultivo de 106 células/ml de cada línea celular en placas de 12 pocillos distintos. Cada línea celular fue sometida a las siguientes condiciones experimentales: un grupo control sin tratamiento, un grupo tratado con la concentración de IC50 de 50 nM de crizotinib y otro grupo tratado con una concentración de IC50 de 50 nM de alectinib. Después de un período de incubación de 48 horas, se recolectaron las células y se procedió a la extracción de proteínas utilizando Buffer RIPA 1x (Thermo Scientific), Halt™ Protease & Phosphatase Inhibitor Cocktail 100x (Thermo Scientific) y 0,5M EDTA Solution 100x (Thermo Scientific).

Las proteínas extraídas fueron posteriormente desnaturalizadas utilizando Buffer Laemly (Sigma-Aldrich) a una temperatura de 95 °C durante cinco minutos, y posteriormente almacenadas a -20 °C para su preservación. Este procedimiento garantizó la conservación óptima de las muestras de proteínas, y preservó su integridad estructural, lo que permitió los análisis posteriores detallados de las proteínas de interés.

Expresión de proteínas

Para determinar la expresión de RAS y MEK, se desarrolló un análisis mediante Western blot. Las proteínas extraídas fueron separadas en geles de poliacrilamida SDS y transferidas a membranas de nitrocelulosa de 0,2 µm (Amersham™ Protran™). Luego de la transferencia, se realizó un bloqueo utilizando leche libre de grasas al 5 % durante una hora. Posteriormente, las membranas fueron incubadas con los siguientes anticuerpos primarios: anti-RAS (ab52939) en una dilución de 1:5000, antiMEK (ab178876) en una dilución de 1:20000 y β-actina (ab8227) en una dilución de 1:1000, durante toda la noche.

Después de la incubación con los anticuerpos primarios, las membranas se incubaron con el anticuerpo secundario (ab205718) en una dilución de 1:5000 durante una hora. Se llevaron a cabo los correspondientes lavados y las membranas se revelaron utilizando el sustrato Clarity™ Western ECL (Bio-Rad). Las imágenes finales se obtuvieron utilizando el sistema de imagen Chemidoc Imaging Instrument (Bio-Rad).

Resultados

Modelamiento molecular de KRASwt, KRASG12C

Se realizó el modelado de las estructuras tridimensionales de las proteínas KRASwt y KRASG12C, así como de ALK, para lo cual se empleó el software YASARATM. En el caso de KRASwt, se obtuvieron cinco modelos distintos basados en las estructuras tridimensionales previamente almacenadas en RCSB-PDB (códigos: 4LDJ, 4QL3, 5XCO, 5E95 y 6MBU). A partir de estos modelos, se generó un modelo híbrido con una puntuación Z de 0,586, que fue identificado como el mejor modelo para este estudio. La puntuación Z describe la cantidad de desviaciones estándar respecto a la calidad de la estructura media obtenida a partir del análisis de rayos X de alta resolución.

Para la obtención de KRASG12C, se realizó una mutación específica sobre el modelo híbrido previamente obtenido, lo que permitió la generación de una representación precisa de esta variante mutacional en la estructura tridimensional de KRAS.

Por último, la generación del modelo de ALK se realizó utilizando como base estructural los modelos tridimensionales provenientes de los códigos PDB: 4CLJ, 4FOD, 4ANL, 5FTO. El modelo híbrido generado durante este proceso se seleccionó como el modelo final para el análisis subsiguiente. Los resultados proporcionaron representaciones precisas de las estructuras tridimensionales de las proteínas KRAS y ALK, que sirvieron como punto de partida crucial para la comprensión de las interacciones moleculares relevantes en el contexto del estudio.

Acoplamiento molecular de KRASwt, KRASG12C y ALK con inhibidores específicos de KRAS y ALK

KRAS es una GTPasa que oscila entre un estado inactivo ligado a GDP y un estado activo unido a GTP. En este estudio, se realizó el acoplamiento de las estructuras de KRASwt y KRASG12C con sus respectivos inhibidores específicos adragasib, sotorasib y SML8-73-1, así como con los inhibidores crizotinib y alectinib. La interacción de estas proteínas con los inhibidores resultó en la obtención de valores de energía de interacción en kcal/mol, como se detalla en la Tabla 1.

Se observó que los inhibidores de ALK, crizotinib y alectinib exhibieron valores de energía de unión similares al interactuar con KRASwt, KRASG12C y ALK. Sin embargo, se observó una disminución en las energías de unión de los inhibidores adragasib, sotorasib y SML8-73-1 al interactuar con ALK en comparación con KRASwt y KRASG12C, como se indica en la Tabla 1.

Tabla 1 Energía de unión KRASwt, KRASG12C, ALK 

Fármacos KRASwt (kcal/mol) KRASG12C (kcal/mol) ALK (kcal/mol)
Adagrasib 55,41 55,71 46,01
Sotorasib 57,75 49,63 35,58
SML 79,22 79,82 44,18
Crizotinib 42,77 46,20 42,37
Alectinib 51,74 54,69 44,94

Los inhibidores adragasib y sotorasib, al ser específicos para KRAS, se acoplaron en el sitio de unión al fármaco (DBS) de las proteínas KRASwt y KRASG12C. Se observaron energías de interacción de 55,41 kcal/mol y 55,71 kcal/mol, respectivamente, para adragasib, y 57,75 kcal/mol y 49,63 kcal/mol para los complejos formados con sotorasib. Aunque estos fármacos también se acoplaron con ALK, los resultados revelaron valores inferiores en comparación con los obtenidos al unirse a KRAS.

Alectinib, un inhibidor de ALK, también se acopló en el mismo sitio que los fármacos específicos de KRAS, y presentó una energía de interacción de 51,74 kcal/mol y 54,69 kcal/mol para los complejos KRASwt-alectinib y KRASG12C-alectinib, respectivamente (Figuras 2A y Figura 2B). Estos hallazgos señalan diferencias significativas en las interacciones moleculares entre los inhibidores específicos de KRAS y ALK.

Figura 2A KRAS e inhibidores que interactúan en el sitio de unión al fármaco 

Figura 2B KRAS e inhibidores que interactúan en el sitio de unión de GDP 

Se seleccionó SML8-73-1 como un inhibidor competitivo de GDP, lo que orientó el acoplamiento hacia el sitio de interacción GDP-KRAS. Los valores obtenidos para la interacción de KRASwt y KRASG12C con SML8-73-1 fueron de 79,22 kcal/mol y 79,82 kcal/mol, respectivamente. Además, la interacción de SML8-73-1 con ALK mostró un valor de 44,18 kcal/mol, lo que indica una interacción menos energética en comparación con las interacciones con KRASwt y KRASG12C.

En relación con el acoplamiento de crizotinib con KRASwt y KRASG12C, se observaron valores de energía de interacción de 42,77 kcal/mol y 46,20 kcal/mol, respectivamente. Estos valores resultaron ser muy similares a la energía de interacción obtenida entre crizotinib y ALK (42,37 kcal/mol), como se muestra en las Figuras 3A y 3B.

Expresión de la Vía RAS/MEK

Se analizó la expresión de la vía RAS/MEK en las líneas celulares Ba/F3 EML4-ALKwt, Ba/F3 EML4-ALKL1196M y Ba/F3 EML4-ALKG1202R bajo distintas condiciones en ensayos independientes. Estas condiciones incluyeron un grupo control sin tratamiento, un grupo tratado con 50 nM de crizotinib y otro grupo tratado con alectinib 50 nM. Los valores obtenidos representan la transformación (Fold Change = FC) de la expresión normalizada de RAS y MEK en relación con la β-actina.

Los resultados revelaron una disminución significativa de la expresión de RAS en las tres líneas celulares (EML4-ALKG1202R < EML4-ALKL1196M < EML4-ALKWT) en comparación con la expresión de la β-actina. Además, se observó una disminución significativa de la expresión en las líneas Ba/F3 EML4ALKwt y EML4-ALKL1196M tratadas con crizotinib y alectinib en comparación con sus respectivos grupos control. En el caso de la línea Ba/F3 EML4-ALKG1202R, se observó una baja expresión constante de RAS tanto en el grupo control como en los grupos tratados con crizotinib y alectinib. Estos hallazgos indican de manera consistente una regulación diferencial de la expresión de RAS en respuesta a los tratamientos con los inhibidores crizotinib y alectinib en las líneas celulares analizadas (Figura 3A).

En cuanto a la expresión de MEK, se observó un aumento significativo en la línea Ba/F3 EML4-ALKWT que fue tratada con alectinib en comparación con su grupo control y el grupo tratado con crizotinib. Asimismo, se detectó un incremento notable en la expresión de MEK en la línea Ba/ F3 EML4-ALKL1196M, con un aumento adicional en el grupo que recibió tratamiento con alectinib. Por el contrario, se observó una disminución significativa en la expresión de MEK en la línea Ba/F3 EML4-ALKG1202R, tanto en su grupo control como en los grupos tratados con crizotinib y alectinib (Figura 3B).

Figura 3 Expresión de RAS y MEK en líneas celulares de CPCNP ALK+ tratadas con inhibidores de ALK. A y B. Expresión de RAS y MEK normalizada en líneas celulares EML4-ALKWT, EML4-ALKL1196M, EML4-ALKG1202R tratadas con 50 nM de crizotinib (CRZ) y 50 nM de alectinib (ALC). C y D. Expresión de RAS y MEK mediante Western blot: comparación por grupos múltiples de variables utilizando Anova y test de Tukey considerándose estadísticamente significativo para p < 0,05 (* = 0,0332; ** = 0,0021; *** = 0,0002; **** = <0,0001) y no significativo p = 0,1234. 

Discusión

El gen KRAS (Ki-ras2 Kirsten rat sarcoma viral oncogene homolog) es ampliamente reconocido como un oncogén que codifica la proteína transductora de GTPasa KRAS, por lo que desempeña un papel fundamental en la regulación de la división celular y en la transmisión de señales externas al núcleo celular 23. Junto con las alteraciones genéticas en EGFR y ALK, estas representan algunas de las anomalías más frecuentes identificadas en el CPCNP.

Aunque las mutaciones en los genes KRAS y ALK suelen presentarse de manera mutuamente excluyente, diversos estudios han revelado la coexistencia de ambas mutaciones en ciertos casos clínicos 23,24. La presencia de mutaciones en el gen KRAS ha demostrado tener un impacto significativo en la transformación celular, lo que genera una mayor resistencia a la quimioterapia y a las terapias biológicas dirigidas a los receptores del factor de crecimiento epidérmico.

Dada la complejidad de la activación descontrolada de las vías de señalización, especialmente en la proliferación celular, se resalta en este estudio la importancia de buscar nuevas estrategias terapéuticas para abordar eficazmente estas anomalías moleculares. En este sentido, se llevaron a cabo experimentos tanto in silico como in vitro, con el objetivo de proporcionar una base sólida para el desarrollo de terapias más efectivas y específicas dirigidas a contrarrestar la cascada de señalización activada en el contexto de las mutaciones en KRAS y ALK en el CPCNP.

Resultados clínicos de series cortas han señalado a las mutaciones de KRAS como un posible mecanismo de resistencia secundaria a los inhibidores de ALK, como el crizotinib, lo que sugiere una asociación potencial entre la alteración conjunta de ALK y KRAS y la resistencia primaria al tratamiento con inhibidores de ALK 25. En concordancia con estos hallazgos, los resultados de esta investigación revelan que el crizotinib, un inhibidor quinasa competitivo de ATP, se acopla en el sitio de unión al GDP con valores de energía de interacción comparables tanto en KRASwt como en KRASG12C, así como en ALK.

Por otro lado, alectinib mostró una preferencia por el sitio de unión al fármaco (DBS) en lugar del sitio de unión al GDP. Los valores de energía de interacción obtenidos fueron notablemente más altos cuando interactuaban con KRASwt y KRASG12C en comparación con ALK. Estos resultados sugieren la posibilidad de interacciones cruzadas entre los inhibidores quinasas de ALK y KRASwt, así como KRASG12C. Sin embargo, las pruebas realizadas con los inhibidores específicos de KRASwt y KRASG12C con ALK revelaron valores de energía de acoplamiento inferiores, indicando una menor afinidad en estas.

Estos hallazgos plantean la posibilidad de explorar terapias combinadas que involucren tanto inhibidores de ALK como de KRAS, dado que la evidencia clínica ha sugerido una respuesta limitada al tratamiento exclusivo con inhibidores de tirosina quinasa en pacientes con mutaciones ALK-KRAS. En este sentido, la evaluación de la expresión de RAS en las líneas celulares Ba/F3 EML4-ALKwt, L1196M y G1202R tratadas con los fármacos mencionados proporciona importante información para comprender mejor las respuestas celulares en presencia de estos inhibidores. Estos resultados sugieren posibles estrategias terapéuticas combinadas más efectivas para abordar la complejidad de las vías de señalización en el CPCNP.

Los resultados obtenidos mediante el enfoque in silico subrayan la importancia de explorar terapias combinadas en el tratamiento del CPCNP. En relación con nuestra investigación, estudios previos han señalado que los pacientes con CPCNP ALK+ que también presentan mutaciones en KRASG12C podrían exhibir una respuesta mejorada al tratamiento con brigatinib, aunque la eficacia aún no alcanza niveles significativos 18. La resistencia observada en pacientes con KRASG12C hacia adagrasib y sotorasib ha sido documentada en investigaciones recientes, aunque los mecanismos subyacentes siguen siendo objeto de estudio 9,26,27.

Actualmente, se están investigando posibles tratamientos sinérgicos que involucran sotorasib y adagrasib en combinación con inhibidores de MEK, EGFR, inhibidores de puntos de control inmune e inhibidores de tirosina quinasas 28, con la esperanza de lograr mejoras en las respuestas terapéuticas 9. Algunos estudios han propuesto combinaciones como sotorasib + crizotinib, este último actuando como inhibidor de MEK, y han mostrado resultados prometedores en la mejora de las respuestas 29. Además, la eficacia de sotorasib en combinación con otras drogas anticancerígenas ha sido respaldada por hallazgos recientes 24.

En contraste con los resultados de la proteína MEK obtenidos en nuestro estudio, que mostraron cambios leves, pero no significativos en su expresión, es posible que MEK no sea el principal contribuyente a la proliferación tumoral en los modelos celulares de CPCNP analizados. Aunque investigaciones anteriores han sugerido que los inhibidores de MEK podrían ser efectivos en la supresión de la actividad proliferativa en el CPCNP 30, nuestros hallazgos indican que, en este contexto particular, otras vías como la de PI3K/AKT/mTOR podrían desempeñar un papel más crucial y podrían considerarse como posibles dianas terapéuticas para futuras investigaciones.

En conclusión, los estudios realizados in silico muestran la posibilidad de interacción entre los inhibidores de ALK como crizotinib y alectinib hacia KRASWT y KRASG12C, y exhiben un acoplamiento similar y superior al obtenido al interactuar con ALK. Sin embargo, los inhibidores de KRASWT y KRASG12C como adragasib y sotorasib muestran valores inferiores de acoplamiento frente a ALK, en comparación con KRASWT. Finalmente, luego de la evaluación de la expresión de RAS, donde se identifica una disminución en su expresión en las líneas tratadas con crizotinib y alectinib, se reafirma el acoplamiento molecular detectado entre KRAS y KRASWT con los inhibidores de ALK. Estos resultados nos permiten sugerir una posible terapia combinada entre inhibidores de KRAS y ALK para los casos de coexistencia de ambas mutaciones para evaluar en posteriores ensayos con líneas celulares.

Agradecimiento: A los investigadores Diletta Fontana y Luca Mologni por ceder sus modelos celulares murinos de cáncer de pulmón de células no pequeñas.

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Fuentes de financiamiento: La investigación fue financiada por el Consejo Nacional de Ciencia, Tecnología e Innovación Tecnológica (Concytec), a través del programa Prociencia, por el proyecto "Determinación in vitro de nuevas dianas terapéuticas en modelos celulares de cáncer de pulmón de células no pequeñas positivo para la mutación del gen linfoma anaplásico quinasa (ALK) resistente a inhibidores selectivos de la proteína ALK", con número de contrato 375-2019.

Recibido: 26 de Octubre de 2023; Revisado: 01 de Diciembre de 2023; Aprobado: 20 de Diciembre de 2023

Correspondencia: Daniela Chapilliquen Ramirez Dirección: Cantuarias 355, Miraflores. Lima, Perú. Teléfono: +51 944 619 675 Correo electrónico: daniela.chapilliquen@alum.udep.edu.pe stefany.infante@udep.edu.pe

Contribución de los autores: DCR y SIV conceptualizaron el estudio. JFC y RZD se encargaron de la curación de los datos y del software para el estudio. JFC, BMD, SIV y RZD realizaron el análisis formal del estudio. SIV y RZD gestionaron el financiamiento ante Concytec-Prociencia. JFC y SIV propusieron el método de investigación. BMD se responsabilizó por la administración del proyecto. JFC, RZD y SIV supervisaron la investigación. DCR redactó el borrador original. Todos los autores contribuyeron a la investigación, también participaron en la redacción, la revisión y edición del artículo.

Conflictos de interés: Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

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