Effects of bromodomain or androgen-receptor inhibitors in combination with radiopharmaceuticals in castration-resistant prostate cancer cell monolayers and multicellular spheroids

Abstract

Background: Prostate cancer not responding to androgen deprivation therapy is known as castration-resistant prostate cancer (CRPC). Despite rapid increase of treatment options, the disease remains incurable, when metastases appear, which might be due to the diverse mechanisms and the heterogeneity and multifocal nature of the disease. For this reason, novel and highly effective therapy approaches against metastatic CRPC (mCRPC) are required. Exploring combination therapy using existing and novel agents provide better response than treatments with single agents. The progression of treated-naïve- prostate cancer is shown to be driven by androgen-receptor (AR), along with bromodomain and extra terminal domain (BET) proteins. Thus, inhibition of such proteins is an alternative, promising anticancer therapy. Treatments of mCRPC with BET inhibitors, JQ1, AZD5153 or AR inhibitor, Enzalutamide (ENZA) in combination with radiopharmaceuticals, are not being investigated. Aim: Evaluating the preclinical therapeutic efficacy of combining BET or AR inhibitors with radiopharmaceuticals, α-emitting 223Ra targeting bone metastases or ẞ-emitting 177Lu-PSMA-617 in the prostate cancer C4-2 cells grown in cell monolayers (2D) and multicellular spheroids (3D). Methods: Prostate cancer C4-2 cells growing 2D and 3D culture models were treated with selected concentrations of JQ1, AZD5153 or ENZA in combination with various activities of 223Ra. In 2D model, the treatment effects were assessed by counting colonies after 10-14 days and assessing cell survival fraction curves. Growth rates of the spheroids after treatments were evaluated by following the morphological changes and measurement of the cross-sectional area of the spheroids. Flow cytometry analysis was used to study cell apoptosis/necrosis, DNA damage and cell cycle distribution 72 h after combination treatment. In addition, C4-2 spheroids were treated with a combination of a selected concentration of AZD5153 and various activities of 177Lu-PSMA-617). Results: The studied BET inhibitors, JQ1, AZD5153 had antiproliferative effects as mono-treatment in C4-2 monolayer cells and decreased C4-2 spheroid growth in a dose and time-dependent manner. ENZA did not inhibit C4-2 cell survival in a dose-dependent manner. The combination of AZD5153, JQ1 or ENZA with 223Ra showed the synergistic decrease in C4-2 spheroid growth. The combination treatments reduced the percentage of C4-2 cells in S and M phases of the cell cycle. However, the reduction was not statistically significant. However, the combination treatments had no proapoptotic activity. Additionally, the combination of AZD5153 with 177Lu-PSMA-617, synergistically decreased C4-2 spheroid growth. Conclusion: The combination treatments of JQ1, AZD5153 or ENZA and 223Ra or AZD5153 and177Lu-PSMA-617 induced synergistic inhibition of C4-2 spheroids growth. These preclinical combination therapies provide rational for clinical evaluation of these combinations for treatment of mCRPC patients.

Bakgrunn: Prostata kreft, er en av de hyppigste formene for kreft hos menn (etter lungekreft). Denne sykdommen utvikler seg i prostata kjertelen. Når prostata kreft utvikler seg til et stadie, hvor hormon behandling (androgensuppressiv terapi, også kalt androgen deprivation therapy,ADT) ikke gir tilfredsstillende effekt, er den ikke helbredelig, siden det finnes ingen andre effektive behandlingsformer. Derfor er helt nye måter for å helbrede denne sykdommen på nødvendige for pasienter som lever med denne sykdommen. Kombinasjonsbehandling kan være en måte å bekjempe denne sykdommen på. Kombinasjonen av to eller tre behandlingsformer kan øke overlevelse og bedre livs kvaliteten for pasienter. Studier har vist at utviklingen av prostata kreft fra ikke-aggressive typer til denne aggressive typen er drevet frem av androgen reseptor, i lag med Bromodomain og extra terminal domain proteiner. Dette indikerer på at hemming av slike proteiner, virker som en lovende anti-kreft terapi. Med tanke på dette ble BET hemmereneAZD5153 og JQ1 benyttet i kombinasjon av radiofarmasøytisk som Radium-223 for behandling av kastrasjonsresistent prostatakreft, noe som ikke har blitt undersøkt tidligere som et behandlingsalternativ i vår kunnskap. Mål: Å utforske effekten av BET-bromodomain protein hemmere AZD515 og JQ1 eller androgen-reseptor hemmeren Enzalutamide (ENZA) i kombinasjon med radiofarmasøytisk 223Ra eller 177Lu-PSMA-617. Metoder: In vitro kombinasjonsbehandling av prostatakreft C4-2 celler ble utført ved å kombinere bestemte konsentrasjoner (basert på MTT, CellTiter Glo og klonogenisk celle levedyktighet assayer) av AZD5153, JQ1 eller ENZA med varierende aktiviteter av Radium-223 (Xofigo) i både 2-dimensjonell -og 3-dimensjonell (multicellulære sferoider) kultur modeller. Effekten av kombinsjonsbehandling ble evaluert ved å tele kolonier 10-14 dager etter behandling og overlevelse kurver ble laget. Effekten av kombinasjonsbehandlingen i sferoider ble evaluert 7 og 14 dager etter initiert behandling ved å studere morfologiske endringer og måling av tverrsnittsareal av sferoider. Flow cytometery analyse for deteksjon av apoptose (programmert celledød), DNA skade-og cellesyklus distribusjon ble gjort 72 timer etter kombinasjonsbehandling. I tillegg ble kombinasjonsbehandling med en bestemt konsentrasjon av AZD5153 og varierende aktiviteter av radiofarmasøytisk ẞ-emitter177Lu-PSMA-617 utført i C4-2 sferoider. Resultat: BET protein hemmerene JQ1 og AZD5153, viste antiporoliferativ aktivitet som monoterapy i C4-2 celle monolayer og reduserte sferoid vekst på dose-og tidsavhengig måte. Celldyktihget ble ikke redusert av ENZA på en dose-avhengig måte. Kombinasjonsbehandling av C4-2 sferoider med JQ1, AZD5153 eller ENZA og Radium-223 viste synergistisk reduksjon i spheorid vekst, i tillegg ble reduksjon av celler i S og M faser av cellesyklusen observert, dessuten var denne reduksjonen ikke statsistisk signifikant.Videre, førte kombinasjonsbehandling til økning i DNA skade og ingen signifikant propapotisk aktivitet ble observert. Videre, resulterte kombinasjonsbehandling av C4-2 sferoider med AZD5153 og 177Lu-PSMA-617 i synergistisk effekt og reduserte sfeorid vekst. Konklusjon: Kombinasjonsbehandling med JQ1, AZD5153 eller ENZA og 223Ra eller AZD5153 og 177Lu-PSMA-617 induserte synergistisk hemming av C4-2 sferoid vekst. Disse prekliniske resultatene gir en rasjonal for klinisk evaluering av disse kombinasjonene for spredt kastrasjonsresistent prostata kreft pasienter.