Модулирующее действие комплексов Cu(II) с производными енамина и тетразола на CYP2C и CYP3A и их цитотоксические и антипролиферативные свойства в сфероидах HepG2

Цитохромы CYP2C и CYP3A индуцируются множеством соединений и влияют на фармакокинетику и фармакодинамику большого количества лекарственных средств. В настоящее время активно исследуется возможность применения координационных соединений меди в противоопухолевой терапии. Оценка потенциальных взаимодействий между новыми молекулами и цитохромами Р450 необходима на ранней стадии разработки лекарств.
Цель исследования. Изучить модулирующее действие комплексов Cu(II) с производными енамина и тетразола на CYP2C9, CYP2C19 и CYP3A4 и их цитотоксические и антипролиферативные свойства на нормальных фибробластах лёгких человека MRC-5 и 3D-культуре гепатоцеллюлярной карциномы HepG2.
Материалы и методы. Цитотоксическую и антипролиферативную активность комплексов меди(II) – [CuL2] (1), [Cu2(bipy)2(ФТ)4] (2), [Cu2(phen)2(ФТ)4] (3) и {[Cu(phen)(МТ)2]∙H2O}n (4) (где L – анион 2-анилинометилиден-5,5-диметилциклогексан-1,3-диона; ФТ – 5-фенилтетразолат-анион; МТ – 5-метилтетразолат-анион; bipy – 2,2′-бипиридин; phen– 1,10-фенантролин) – исследовали на 2D- и 3D-культурах с помощью фенотипического скрининга на основе флуоресценции. Модулирующее действие на CYP2C9, CYP2C19 и CYP3A4 изучали с помощью целевого скрининга на основе флуоресценции. Результаты экспрессии CYP3A4 подтверждали методом полимеразной цепной реакции с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР) с детекцией в реальном времени.
Результаты. Комплекс (1) повышает экспрессию CYP3A4 и не влияет на экспрессию CYP2C9 и CYP2C19. Комплекс (2) не оказывает модулирующего действия на CYP2C, CYP3A. Комплексы c 1,10-фенантролином (3) и (4) индуцируют CYP3A4, ингибируют CYP2C9 и не влияют на экспрессию CYP2C19. Все соединения проявляют дозозависимый цитотоксический эффект на HepG2 и MRC-5: соединение с 5-метилтетразолат-анионом (4) одинаково воздействует на клеточные линии, соединения с 5-фенилтетразолат-анионом (2) и (3) – селективно. Комплексы с 1,10-фенантролином эффективны как на 2D-, так и на 3D-модели.
Заключение. Комплекс [Cu2(phen)2(ФТ)4] (3) можно использовать как основу для создания противоопухолевого соединения, но необходима дальнейшая модификация структуры для повышения селективности к опухолевым клеткам.

1. Rumgay H, Ferlay J, de Martel C, Georges D, Ibrahim AS, Zheng R, et al. Global, regional and national burden of primary liver cancer by subtype. Eur J Cancer. 2022; 161: 108-118. doi: 10.1016/j.ejca.2021.11.023

2. Le Grazie M, Biagini MR, Tarocchi M, Polvani S, Galli A. Chemotherapy for hepatocellular carcinoma: The present and the future. World J Hepatol. 2017; 9(21): 907-920. doi: 10.4254/wjh.v9.i21.907

3. Tsvetkova D, Ivanova S. Application of approved cisplatin derivatives in combination therapy against different cancer diseases. Molecules. 2022; 27(8): 2466. doi: 10.3390/molecules27082466

4. Ndagi U, Mhlongo N, Soliman ME. Metal complexes in cancer therapy – An update from drug design perspective. Drug Des Devel Ther. 2017; 11: 599-616. doi: 10.2147/DDDT.S119488

5. Hordyjewska A, Popiolek L, Kocot J. The many “faces” of copper in medicine and treatment. Biometals. 2014; 27(4): 611-621. doi: 10.1007/s10534-014-9736-5

6. Nasulewicz A, Mazur A, Opolski A. Role of copper in tumour angiogenesis – Clinical implications. J Trace Elem Med Biol. 2004; 18(1): 1-8. doi: 10.1016/j.jtemb.2004.02.004

7. Lelièvre P, Sancey L, Coll JL, Deniaud A, Busser B. The multifaceted roles of copper in cancer: A trace metal element with dysregulated metabolism, but also a target or a bullet for therapy. Cancers. 2020; 12(12): 3594. doi: 10.3390/cancers12123594

8. Fang AP, Chen PY, Wang XY, Liu ZY, Zhang DM, Luo Y, et al. Serum copper and zinc levels at diagnosis and hepatocellular carcinoma survival in the Guangdong Liver Cancer Cohort. Int J Cancer. 2019; 144(11): 2823-2832. doi: 10.1002/ijc.31991

9. Baldari S, Di Rocco G, Toietta G. Current biomedical use of copper chelation therapy. Int J Mol Sci. 2020; 21(3): 1069. doi: 10.3390/ijms21031069

10. Frezza M, Hindo S, Chen D, Davenport A, Schmitt S, Tomco D, et al. Novel metals and metal complexes as platforms for cancer therapy. Curr Pharm Des. 2010; 16(16): 1813-1825. doi: 10.2174/138161210791209009

11. Denoyer D, Masaldan S, La Fontaine S, Cater MA. Targeting copper in cancer therapy: ‘Copper That Cancer.’ Metallomics. 2015; 7(11): 1459-1476. doi: 10.1039/c5mt00149h

12. Zhang Z, Wang H, Yan M, Wang H, Zhang C. Novel copper complexes as potential proteasome inhibitors for cancer treatment (Review). Mol Med Rep. 2017; 15(1): 3-11. doi: 10.3892/mmr.2016.6022

13. Xia L, Tan S, Zhou Y, Lin J, Wang H, Oyang L, et al. Role of the NFκB-signaling pathway in cancer. Onco Targets Ther. 2018; 11: 2063-2073. doi: 10.2147/OTT.S161109

14. Wang X, Yu T, Liao X, Yang C, Han C, Zhu G, et al. The prognostic value of CYP2C subfamily genes in hepatocellular carcinoma. Cancer Med. 2018; 7(4): 966-980. doi: 10.1002/cam4.1299

15. Ashida R, Okamura Y, Ohshima K, Kakuda Y, Uesaka K, Sugiura T, et al. CYP3A4 gene is a novel biomarker for predicting a poor prognosis in hepatocellular carcinoma. Cancer Genomics Proteomics. 2017; 14(6): 445-453. doi: 10.21873/cgp.20054

16. Lynch T, Price A. The effect of cytochrome P450 metabolism on drug response, interactions, and adverse effects. Am Fam Physician. 2007; 76(3): 391-396.

17. Lu C, Di L. In vitro and in vivo methods to assess pharmacokinetic drug-drug interactions in drug discovery and development. Biopharm Drug Dispos. 2020; 41: 3-31. doi: 10.1002/bdd.2212

18. Choi JM, Oh SJ, Lee SY, Im JH, Oh JM, Ryu CS, et al. HepG2 cells as an in vitro model for evaluation of cytochrome P450 induction by xenobiotics. Arch Pharm Res. 2015; 38(5): 691-704. doi: 10.1007/s12272-014-0502-6

19. Kyffin JA, Sharma P, Leedale J, Colley HE, Murdoch C, Mistry P, et al. Impact of cell types and culture methods on the functionality of in vitro liver systems – A review of cell systems for hepatotoxicity assessment. Toxicol In Vitro. 2018; 48: 262-275. doi: 10.1016/j.tiv.2018.01.023

20. Eremina JA, Lider EV, Sukhikh TS, Eltsov IV, Kuratieva NV, Zakharov BA, et al. Synthesis, crystal structures, spectroscopic, and cytotoxicity study of Cu(II), Co(II), Ni(II) and Pd(II) complexes with 2-anilinomethylidene-5,5-dimethylcyclohexane-1,3-dione. Polyhedron. 2020; 178. doi: 10.1016/j.poly.2019.114325

21. Eremina JA, Ermakova EA, Smirnova KS, Klyushova LS, Berezin AS, Sukhikh TS, et al. Cu(II), Co(II), Mn(II) complexes with 5-phenyltetrazole and polypyridyl ligands: Synthesis, characterization and evaluation of the cytotoxicity and antimicrobial activity. Polyhedron. 2021; 206. doi: 10.1016/j.poly.2021.115352

22. Eremina JA, Lider EV, Kuratieva NV, Samsonenko DG, Klyushova LS, Sheven’ DG, et al. Synthesis and crystal structures of cytotoxic mixed-ligand copper(II) complexes with alkyl tetrazole and polypyridine derivatives. Inorganica Chim Acta. 2021; 516. doi: 10.1016/j.ica.2020.120169

23. Sirenko O, Mitlo T, Hesley J, Luke S, Owens W, Cromwell EF. High-content assays for characterizing the viability and morphology of 3D cancer spheroid cultures. Assay Drug Dev Technol. 2015; 13(7): 402-414. doi: 10.1089/adt.2015.655

24. Mancio-Silva L, Fleming HE, Miller AB, Milstein S, Liebow A, Haslett P, et al. Improving drug discovery by nucleic acid delivery in engineered human microlivers. Cell Metab. 2019; 29(3): 727-735. e3. doi: 10.1016/j.cmet.2019.02.003

25. Bibi Z. Role of cytochrome P450 in drug interactions. Nutr Metab (Lond). 2008; 5: 27. doi: 10.1186/1743-7075-5-27

26. Wang X, Liao X, Yang C, Huang K, Yu T, Yu L, et al. Identification of prognostic biomarkers for patients with hepatocellular carcinoma after hepatectomy. Oncol Rep. 2019; 41(3): 1586-1602. doi: 10.3892/or.2019.6953

27. Ramsden D, Tweedie DJ, Chan TS, Tracy TS. Altered CYP2C9 activity following modulation of CYP3A4 levels in human hepatocytes: an example of protein-protein interactions. Drug Metab Dispos. 2014; 42(11): 1940-1946. doi: 10.1124/dmd.114.057901

28. Subramanian M, Tam H, Zheng H, Tracy TS. CYP2C9-CYP3A4 protein-protein interactions: Role of the hydrophobic N terminus. Drug Metab Dispos. 2010; 38(6): 1003-1009. doi: 10.1124/dmd.109.030155

29. Dilruba S, Kalayda GV. Platinum-based drugs: past, present and future. Cancer Chemother Pharmacol. 2016; 77(6): 1103-1124. doi: 10.1007/s00280-016-2976-z

30. Langhans SA. Three-dimensional in vitro cell culture models in drug discovery and drug repositioning. Front Pharmacol. 2018; 9(6): 14. doi: 10.3389/fphar.2018.00006