La résistance à l’ivosidenib, un inhibiteur mutant de l’isocitrate déshydrogénase 1, peut être surmontée par un dimère alternatif

Nature Communications volume 13, Numéro d'article : 4785 (2022) Citer cet article

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L'ivosidenib, un inhibiteur des variantes de l'isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) R132C et R132H, est approuvé pour le traitement de la leucémie myéloïde aiguë (LAM). Une résistance à l’ivosidenib due à une mutation de deuxième site d’IDH1 R132C, conduisant à IDH1 R132C/S280F, est apparue. Nous décrivons des études biochimiques, cristallographiques et cellulaires sur les variantes IDH1 R132C/S280F et R132H/S280F qui informent sur le mécanisme de résistance du deuxième site, qui implique à la fois la modulation de la liaison de l'inhibiteur à l'interface du dimère IDH1 et l'altération des propriétés cinétiques, qui permettent une production plus efficace de 2-HG par rapport à IDH1 R132C et IDH1 R132H. Il est important de noter que les résultats biochimiques et cellulaires démontrent qu’il devrait être possible de vaincre la résistance médiée par le S280F chez les patients atteints de LAM en utilisant d’autres inhibiteurs, dont certains sont actuellement en phase 2 d’essais cliniques.

On sait depuis longtemps que les cellules cancéreuses peuvent altérer leur métabolisme1, mais ce n’est que récemment que ces connaissances ont été exploitées à des fins thérapeutiques1,2,3. Chez l'homme, il existe trois isoformes d'isocitrate déshydrogénase (IDH1-3), qui catalysent la conversion de l'isocitrate en 2-oxoglutarate (2-OG) ; IDH1/2 utilise NADP+ comme cofacteur, tandis que IDH3, qui fait partie du cycle de l'acide tricarboxylique (TCA), utilise NAD+4,5. Diverses mutations somatiques des gènes codant pour l'isocitrate déshydrogénase 1 (IDH1) et 2 (IDH2) conduisent à des variants ayant une capacité considérablement accrue à catalyser la réduction du 2-OG en 2-hydroxyglutarate (2-HG)6,7,8,9. Par conséquent, il est proposé que des taux élevés de 2-HG favorisent la tumorigenèse, potentiellement via une déstabilisation de la chromatine10. Les variantes IDH1 les plus courantes dans les cellules cancéreuses sont R132H et R132C11.

Plusieurs inhibiteurs de l'IDH1 et de l'IDH2 sont rapportés, bien qu'un seul inhibiteur de l'IDH1 (ivosidenib) et un inhibiteur de l'IDH2 (enasidenib) aient été approuvés pour une utilisation clinique, c'est-à-dire pour le traitement de la leucémie myéloïde aiguë (LMA) dans laquelle les cellules cancéreuses produisent une variante de l'IDH12,13. Cependant, la résistance à l'ivosidenib est apparue comme conséquence d'une mutation de deuxième site qui produit IDH1 R132C/S280F, avec 5 cas ayant été signalés à ce jour14,15,16.

La base mécanistique précise par laquelle la substitution IDH1 S280F du deuxième site permet la résistance à l'ivosidenib et ses conséquences sur l'inhibition du variant IDH1 au-delà de celle de l'ivosidenib ne sont pas claires14,15,16. Nous rapportons des études biochimiques, structurelles et cellulaires sur IDH1 R132C/S280F et IDH1 R132H/S280F qui répondent à ces questions. Les résultats avec des enzymes isolées renseignent sur le mécanisme de la résistance médiée par S280F, qui implique une liaison réduite de l'inhibiteur à l'interface dimère et une altération des propriétés cinétiques, permettant une production améliorée de 2-HG par rapport à IDH1 R132C ou R132H. Surtout, les résultats révèlent que la substitution S280F entraîne une résistance à l’ivosidenib, mais ce n’est pas le cas de plusieurs autres inhibiteurs IDH1 R132H et R132C, dont certains sont en phase 2 d’essais cliniques.

Pour étudier le mécanisme de la résistance aux inhibiteurs médiés par IDH1 S280F, nous avons utilisé des protocoles établis17,18 pour produire des formes hautement purifiées d'IDH1 R132C/S280F et R132H/S280F recombinantes et, à titre de comparaison, IDH1 R132C, IDH1 R132H, IDH1 de type sauvage (wt), IDH1. S280F (sans IDH1 R132C ou R132H) et IDH1 R132H/Q277E (Fig. 1a supplémentaire). Le variant IDH1 R132H/Q277E a été créé parce que la résistance acquise aux médicaments contre l'inhibiteur mutant IDH2, l'enasidenib, a été liée à (i) IDH2 R140Q/I319M et (ii) IDH2 R140Q/Q316E ; IDH2 I319 est homologue à IDH1 S280 et IDH2 Q316 est homologue à IDH1 Q277 (Fig. 1b/c supplémentaire)14. Conformément aux études antérieures sur IDH1 R132H et R132C, toutes les protéines recombinantes étaient principalement dimères en solution (Fig. 1d – f supplémentaire) et se copurifiaient probablement avec deux molécules de NADPH (comme indiqué pour IDH1 wt et R132H18, et montré pour IDH1 R132C, Supplémentaire). Fig.1g/h). Bien que des études biophysiques montrent que la substitution S280F n'affecte pas la structure secondaire (Fig. 1i supplémentaire), cette substitution améliore considérablement la stabilité thermodynamique des variantes IDH1 R132C et R132H, ainsi que du poids IDH1 (Fig. 1b; Fig. 1j supplémentaire). ). Notez que dans le texte suivant, toutes les variantes IDH mentionnées sont basées sur IDH1, sauf indication contraire.