Aminooxyacetic Acid Prodrugs for Colon Cancer Therapy

摘要 申请人最近的研究支持内源性气体生物介质的作用 硫化氢（H2S）在大肠癌中的作用。具体地说，胱硫醚-β-硫醚的选择性上调 在结肠癌细胞中，CBS合成酶（CBS）和随后的H2S产生作为一种促进剂， 生存因子通过刺激肿瘤细胞生物能量学、生长、增殖、迁移和侵袭。 这项工作确定CBS作为一种新的抗肿瘤靶点。 目前，最有效的CBS抑制剂 已知的是氨氧基乙酸（AOAA），其在体外和体内发挥有效的抗癌作用。 然而，AOAA的浓度必须发挥抗增殖作用的细胞， 系统和临床前动物模型中的活性相当高，相比之下， 分离的CBS酶 根据初步数据，AOAA基于细胞的效力可以是 通过合成细胞可渗透的AOAA前药进行改进。 例如，YD 0171（氨氧乙酸 酸甲酯）显著增强其母体AOAA在HCT 116中的抗增殖作用 人结肠癌细胞。 为了推进AOAA的临床翻译，我们将继续研究 有两个目标：目标#1。 合成不同的AOAA前药类似物。 各种类别的 将合成酯前药，并在无细胞培养的CBS酶活性测定和 使用HCT 116结肠癌细胞的细胞增殖测定。 合成工作和体外测试将是 以迭代的方式进行，以鉴定最具活性的前药。 我们还将评估 比较结肠癌细胞与非转化结肠癌细胞的增殖测定中的前药选择性 上皮细胞，并表征活性代谢物从前药的释放， 与细胞或血浆孵育。 目标2。 为了评价新AOAA前药的选定子集， 结肠癌的临床前模型。首先，将使用免疫组织化学方法建立肿瘤CBS活性的抑制。 体内/离体方法。 接下来，将建立体内预处理和预处理后的功效， 与母体化合物AOAA相比，在一个严格的，良好建立的临床前模型中， 人类癌症，其利用进行患者肿瘤原位移植的荷瘤小鼠 衍生的结肠癌异种移植物（PDTX）。 成功完成当前项目将是 通过鉴定至少一种AOAA前药证明，其发挥抗增殖作用 在体外和体内的效力高于AOAA。选择发展候选人将触发 一个II期项目，旨在进行IND-10启动研究，然后进行临床开发。 申请人 团队（哥伦比亚广播公司治疗学的PI，德克萨斯大学加尔维斯顿研究中心的负责人 和所有参与的共同研究者）拥有所有必要的理论和实践专业知识、专业知识和技能 和基础设施进行拟议的工作。

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.