Aminooxyacetic Acid Prodrugs for Colon Cancer Therapy

点击翻译按钮获取中文摘要

ABSTRACT  Recent  studies  of  the  applicants  support  the  role  of  the  endogenous  gaseous  biological  mediator  hydrogen sulfide (H2S) in colorectal cancer. In specific, the selective upregulation of cystathionine-­β-­ synthase  (CBS)  and  the  subsequent  production  of  H2S  in  colonic  cancer  cells  serves  as  a  pro-­ survival  factor  by  stimulating  tumor  cell  bioenergetics,  growth,  proliferation,  migration  and  invasion.  This  work  identifies  CBS  as  a  novel  antitumor  target.  Currently,  the  most  potent  inhibitor  of  CBS  known  is  aminooxyacetic  acid  (AOAA),  which  exerts  potent  anticancer  effects  in  vitro  and  in  vivo.  However,  the  concentrations  of  AOAA  necessary  to  exert  antiproliferative  effects  in  cell-­based  systems  and  preclinical  animal  models  are  rather  high,  compared  to  its  high  in  vitro  potency  on  isolated  CBS  enzyme.  Based  on  the  preliminary  data,  the  cell-­based  potency  of  AOAA  can  be  improved  by  synthesis  of  cell-­permeable  prodrugs  of  AOAA.  For  instance,  YD0171  (aminooxyacetic  acid  methyl  ester)  markedly  enhances  the  antiproliferative  effect  of  its  parent,  AOAA,  in  HCT116  human  colon  cancer  cells.  In  order  to  advance  the  clinical  translation  of  AOAA,  we  will  pursue  the  following  two  Aims:  Aim  #1.  To  synthesize  diverse  prodrug  analogs  of  AOAA.  Various  classes  of  ester prodrugs will be synthesized, and tested both in a cell-­free CBS enzyme activity assay, and a  cell  proliferation  assay  using  HCT116  colon  cancer  cells.  Synthetic  work  and  in  vitro  testing  will  be  pursued  in  an  iterative  fashion,  in  order  to  identify  the  most  active  prodrugs.  We  will  also  evaluate  prodrug selectivity in a proliferation assay comparing colonic cancer cells to non-­transformed colonic  epithelial  cells,  and  characterize  the  release  of  the  active  metabolite  from  the  prodrugs  upon  incubation  with  cells  or  plasma.  Aim  #2.  To  evaluate  a  selected  subset  of  novel  AOAA  prodrugs  in  preclinical models of colon cancer. First, inhibition of tumor CBS activity will be established using an  in  vivo/ex  vivo  approach.  Next,  in  vivo  pre-­  and  post-­treatment  efficacy  will  be  established,  in  comparison  to  the  parent  compound  AOAA,  in  a  stringent,  well-­established  preclinical  model  of  human  cancer,  which  utilizes  tumor-­bearing  mice  subjected  to  orthotopic  transplantation  of  patient-­ derived  colon  cancer  xenografts  (PDTX).  Successful  completion  of  the  current  project  will  be  evidenced  by  the  identification  of  at  least  one  AOAA  prodrug,  which  exerts  antiproliferative  effects  with higher potency than AOAA in vitro and in vivo. Selection of a development candidate will trigger  a  Phase  II  project,  aimed  at  IND-­enabling  studies,  followed  by  clinical  development.  The  applicant  team (the PI at CBS Therapeutics, the head of the subcontract at the University of Texas Galveston  and all participating co-­investigators) has all necessary theoretical and practical expertise, know-­how  and infrastructure to conduct the proposed work.