Cílení ubiquitin-proteazomového systému při léčbě nádorových onemocnění: mechanismus účinku léku disulfiramu

Mgr. Zdeněk ŠKROTT

Doctoral thesis

Targeting the ubiquitin-proteasome system for cancer treatment: the mechanism of action of drug disulfiram

Abstract:

This thesis is focused on repurposing an old anti-alcohol drug disulfiram for cancer therapy. Disulfiram has been shown to be effective in various preclinical cancer models, but the unknown active metabolite, the unclear mechanism of action and unidentified molecular target, all obstruct repurposing disulfiram as an anti-cancer drug. This thesis describes a new disulfiram metabolite found in humans, dithiocarbamate-copper complex, as the active metabolite toxic to cancer cells and accumulating in tumours. Moreover, it shows, that in the cells, dithiocarbamate-copper complex interferes with the NPL4 protein, an adaptor of p97 segregase, which is essential for the degradation of proteins involved in several regulatory and stress response pathways. After the treatment by dithiocarbamate-copper complex, NPL4 forms aggregates, which subsequently attract p97 and other stress proteins leading to induction of heat shock and unfolded protein responses, impairment of protein degradation, ubiquitin stress, and cell death as a consequence. Collectively, observations gathered in this thesis should encourage further clinical tests, help clinicians to monitor the treatment and identify suitable patients benefiting from the disulfiram, all together promoting eventual repurposing of this old, safe and cheap drug to safe lives of patients with cancer worldwide.

Abstract:

Tato disertační práce se týká znovuvyužití disulfiramu, starého léku používaného proti alkoholismu, pro léčbu rakoviny. Protinádorový účinek disulfiramu byl prokázán na několika preklinických modelech, ovšem nejasný mechanizmus účinku, neznámý aktivní metabolit a také neznámý molekulární cíl, to vše brání nasazení disulfiramu pro léčbu nádorových onemocnění. Tato práce popisuje nový metabolit disulfiramu nalezený u pacientů léčených tímto lékem, a to komplex dithiokarbamátu s mědí. Jedná se o biologicky aktivní látku toxickou pro rakovinové buňky a hromadící se v nádorech. Tato práce dále ukazuje, že tento metabolit inhibuje protein NPL4, což je kofaktor proteinu p97, který je se podílí na degradaci celé řady proteinů zapojených v mnoha regulačních a signalizačních drahách. Komplex dithiokarbamátu s mědí vyvolává v buňkách agregaci NPL4. Tyto proteinové agregáty následně přitahují vedle proteinu p97 také další stresové proteiny a indukují v buňce specifickou stresovou odpověď. Navíc dochází k toxické akumulaci nezdegradovaných a špatně poskládaných proteinů, ubiquitinovému stresu, a ve výsledku k buněčné smrti. Poznatky v této práci a také v přiložených publikačních výstupech by měly podnítit další klinické testy disulfiramu, usnadnit práci lékařům při hodnocení účinku léčby a také identifikaci vhodných pacientů, pro něž by disulfiram mohl být přínosem. V důsledku by mohly vést k zavedení tohoto starého, bezpečného a levného léku do protinádorové terapie.

Keywords

ubiquitin-proteazomový systém, disulfiram, NPL4, p97, měď

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 6. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 26. 11. 2019
• Supervisor: Mgr. Martin Mistrík, Ph.D.

Palacký University Olomouc

Faculty of Medicine and Dentistry

Doctoral programme / field:
Pediatrics / Pediatrics