Anthrax contre cancer

Scientists from the National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID), the National Institute of Dental and Craniofacial Research (NIDCR), and the National Heart, Lung and Blood Institute (NHLBI), all parts of the National Institutes of Health (NIH), describe how combining engineered anthrax toxin proteins and existing chemotherapy drugs could potentially yield a therapy to reduce or eliminate cancerous tumors. The findings, based on testing in mice, will appear this week in the Early Edition of the Proceedings of the National Academy of Sciences.

The bacterium Bacillus anthracis, which causes the deadly anthrax disease, produces a toxin made of three proteins that individually are non-toxic. Because the proteins can be engineered to suppress tumor growth they have emerged as a potential cancer therapy. Until now, however, scientists have been unsure how the anthrax toxin proteins control tumor growth.

In this study, NIH scientists used mouse models to show that anthrax toxin proteins work by specifically targeting the cells that line the inner walls of the blood vessels feeding the tumor. The proteins, which reach these cells through a surface receptor called CMG2, prevent the cells from reproducing. Because the toxin does not target the tumor cells themselves but rather the host-derived blood vessel cells, the strategy could be efficacious for a wide range of tumor types, the NIH team notes.

Unfortunately, the immune system produces antibodies in response to the anthrax toxin proteins, making additional courses of treatment ineffective. To circumvent this problem, the investigators examined in mice whether a regimen of the chemotherapy drugs pentostatin and cyclophosphamide (PC) could block production of the antibodies that neutralize the anthrax toxin proteins. Mice were inoculated with tumors and treated with one of the following regimens: saline (for use as a placebo), anthrax toxin protein therapy, PC, or a combined regimen of anthrax toxin protein therapy and PC. After four cycles of therapy (42 days), all mice receiving the combined regimen were alive, whereas mice in the other groups had to be euthanized due to tumor growth. In addition, the investigators could not detect any neutralizing antibodies in the combined regimen group, even after the fourth round of therapy. Together, the results showed that the combined anthrax toxin protein and PC therapy has durable, anti-tumor effects worthy of further exploration, according to the authors.

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Des scientifiques de l'Institut national des allergies et des maladies infectieuses (NIAID), l'Institut national de recherche dentaire et craniofaciale (NIDCR) et le National Heart, Lung and Blood Institute (NHLBI), toutes les parties des National Institutes of Health (NIH) , décrivent comment combinant des protéines de la toxine du bacille du charbon et d'ingénierie existantes, les médicaments de chimiothérapie pourraient donner une thérapie pour réduire ou éliminer les tumeurs cancéreuses. Les résultats, basée sur des tests chez la souris, apparaissent cette semaine dans l'édition précoce des Actes de l'Académie nationale des sciences.

La bactérie Bacillus anthracis, qui provoque la maladie du charbon mortel, produit une toxine constitué de trois protéines qui sont individuellement non toxiques. Du fait que les protéines peuvent être modifiées pour supprimer la croissance de la tumeur, ils sont apparus comme une thérapie anticancéreuse potentielle. Jusqu'à présent, cependant, les scientifiques ont été incertain comment les protéines de la toxine de l'anthrax contrôlent la croissance tumorale.

Dans cette étude, des chercheurs du NIH ont utilisé des modèles de souris pour démontrer que les protéines de toxine de l'anthrax fonctionnent en ciblant spécifiquement les cellules qui tapissent les parois internes des vaisseaux sanguins alimentant la tumeur. Les protéines, qui atteignent ces cellules par un récepteur de surface, appelée CMG2 empêcher les cellules de se reproduire. Parce que la toxine ne cible pas les cellules tumorales elles-mêmes, mais plutôt les cellules des vaisseaux sanguins, la stratégie pourrait être efficace pour un large éventail de types de tumeurs, les notes de l'équipe du NIH.

Malheureusement, le système immunitaire produit des anticorps en réponse aux protéines de la toxine du bacille du charbon, ce qui rend les traitements supplémentaires inefficaces. Pour contourner ce problème, les chercheurs ont examiné chez des souris si un régime de médicaments de chimiothérapie du pentostatine et du cyclophosphamide (CP) peut bloquer la production des anticorps qui neutralisent les protéines de la toxine de l'anthrax. On a inoculé des souris avec des tumeurs et traitées avec l'un des traitements suivants: sérum physiologique (pour une utilisation en tant que placebo), la thérapie par protéine de la toxine de l'anthrax, un CP ou un traitement combiné de toxine de l'anthrax thérapie protéique et PC. Après quatre cycles de traitement (42 jours), toutes les souris recevant le traitement combiné étaient encore en vie, tandis que les souris dans les autres groupes ont dû être euthanasiée en raison de la croissance tumorale. En outre, les enquêteurs ne pouvaient pas détecter tous les anticorps neutralisants dans le groupe de traitement combiné, même après la quatrième ronde de la thérapie. Ensemble, les résultats ont montré que l'anthrax protéine de toxine combinée à la thérapie au CP a des effets durables, anti-tumorales dignes d'une exploration plus poussée, selon les auteurs.

mise à jour


Anne Trafton | MIT News Office
September 24, 2014



Chemists recruit anthrax to deliver cancer drugs

With some tinkering, a deadly protein becomes an efficient carrier for antibody drugs.

Bacillus anthracis bacteria have very efficient machinery for injecting toxic proteins into cells, leading to the potentially deadly infection known as anthrax. A team of MIT researchers has now hijacked that delivery system for a different purpose: administering cancer drugs.

“Anthrax toxin is a professional at delivering large enzymes into cells,” says Bradley Pentelute, the Pfizer-Laubauch Career Development Assistant Professor of Chemistry at MIT. “We wondered if we could render anthrax toxin nontoxic, and use it as a platform to deliver antibody drugs into cells.”

In a paper appearing in the journal ChemBioChem, Pentelute and colleagues showed that they could use this disarmed version of the anthrax toxin to deliver two proteins known as antibody mimics, which can kill cancer cells by disrupting specific proteins inside the cells. This is the first demonstration of effective delivery of antibody mimics into cells, which could allow researchers to develop new drugs for cancer and many other diseases, says Pentelute, the senior author of the paper.

Hitching a ride

Antibodies — natural proteins the body produces to bind to foreign invaders — are a rapidly growing area of pharmaceutical development. Inspired by natural protein interactions, scientists have designed new antibodies that can disrupt proteins such as the HER2 receptor, found on the surfaces of some cancer cells. The resulting drug, Herceptin, has been successfully used to treat breast tumors that overexpress the HER2 receptor.

Several antibody drugs have been developed to target other receptors found on cancer-cell surfaces. However, the potential usefulness of this approach has been limited by the fact that it is very difficult to get proteins inside cells. This means that many potential targets have been “undruggable,” Pentelute says.

“Crossing the cell membrane is really challenging,” he says. “One of the major bottlenecks in biotechnology is that there really doesn’t exist a universal technology to deliver antibodies into cells.”

For inspiration to solve this problem, Pentelute and his colleagues turned to nature. Scientists have been working for decades to understand how anthrax toxins get into cells; recently researchers have started exploring the possibility of mimicking this system to deliver small protein molecules as vaccines.

The anthrax toxin has three major components. One is a protein called protective antigen (PA), which binds to receptors called TEM8 and CMG2 that are found on most mammalian cells. Once PA attaches to the cell, it forms a docking site for two anthrax proteins called lethal factor (LF) and edema factor (EF). These proteins are pumped into the cell through a narrow pore and disrupt cellular processes, often resulting in the cell’s death.

However, this system can be made harmless by removing the sections of the LF and EF proteins that are responsible for their toxic activities, leaving behind the sections that allow the proteins to penetrate cells. The MIT team then replaced the toxic regions with antibody mimics, allowing these cargo proteins to catch a ride into cells through the PA channel.

‘A prominent advance’

The antibody mimics are based on protein scaffolds that are smaller than antibodies but still maintain structural diversity and can be designed to target different proteins inside a cell. In this study, the researchers successfully targeted several proteins, including Bcr-Abl, which causes chronic myeloid leukemia; cancer cells in which that protein was disrupted underwent programmed cell suicide. The researchers also successfully blocked hRaf-1, a protein that is overactive in many cancers.

“This work represents a prominent advance in the drug-delivery field,” says Jennifer Cochran, an associate professor of bioengineering at Stanford University. “Given the efficient protein delivery Pentelute and colleagues achieved with this technology compared to a traditional cell-penetrating peptide, studies to translate these findings to in vivo disease models will be highly anticipated.”

The MIT team is now testing this approach to treat tumors in mice and is also working on ways to deliver the antibodies to specific types of cells.

Lead authors of the paper are postdoc Xiaoli Liao and graduate student Amy Rabideau. The research was funded by the MIT Reed Fund, the Damon Runyon Cancer Research Foundation, and the National Science Foundation

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Anne Trafton | Bureau MIT Nouvelles
24 septembre 2014

Des chimistes recrutent anthrax pour livrer des médicaments contre le cancer

Avec un peu de bricolage, une protéine mortelle devient un support efficace pour les médicaments d'anticorps.



La Bactérie Bacillus anthracis a des machines très efficaces pour injecter des protéines toxiques dans les cellules, conduisant à l'infection potentiellement mortelle appelée anthrax. Une équipe de chercheurs du MIT a détourné ce système de livraison pour un but différent: l'administration de médicaments contre le cancer.

«la toxine du charbon est un professionnel de la livraison de gros enzymes dans les cellules», explique Bradley Pentelute au MIT. "Nous nous sommes demandés si nous pouvions rendre la toxine de l'anthrax non toxique, et l'utiliser comme une plate-forme pour délivrer des médicaments anticorps dans les cellules."

Dans un article paru dans la revue ChemBioChem, Pentelute et ses collègues ont montré qu'ils pouvaient utiliser cette version désarmé de la toxine de l'anthrax à délivrer deux protéines appelées mime anticorps, qui peuvent tuer les cellules cancéreuses en perturbant des protéines spécifiques à l'intérieur des cellules. Ceci est la première démonstration de la prestation efficace des imitations d'anticorps dans les cellules, ce qui pourrait permettre aux chercheurs de développer de nouveaux médicaments pour le cancer et de nombreuses autres maladies, dit Pentelute, l'auteur principal du document.

L'auto-stop

Anticorps - les protéines naturelles produites par le corps pour se lier à des envahisseurs étrangers - sont un domaine en croissance rapide du développement pharmaceutique. Inspiré par les interactions entre protéines naturelles, les scientifiques ont conçu de nouveaux anticorps qui peuvent perturber les protéines tel que le récepteur HER2, qui se trouve sur les surfaces de certaines cellules cancéreuses. Le médicament résultant, Herceptin, a été utilisé avec succès pour traiter les tumeurs du sein surexprimant le récepteur HER2.

Plusieurs médicaments anticorps ont été mises au point pour cibler d'autres récepteurs présents sur les surfaces des cellules cancéreuses. Cependant, l'utilité potentielle de cette approche a été limitée par le fait qu'il est très difficile d'obtenir des protéines dans les cellules. Cela signifie que de nombreuses cibles potentielles ont été "undruggable», dit Pentelute.

"Traverser la membrane cellulaire est vraiment difficile", dit-il. "L'un des principaux goulots d'étranglement dans la biotechnologie est qu'il n'existe pas vraiment une technologie universelle de livrer des anticorps dans les cellules."

Pour l'inspiration pour résoudre ce problème, Pentelute et ses collègues se sont tournés vers la nature. Les scientifiques ont travaillé pendant des décennies pour comprendre comment les toxines de l'anthrax entrent dans les cellules; récemment que les chercheurs ont commencé à explorer la possibilité de mimer ce système pour livrer de petites molécules protéiques comme vaccins.

La toxine de l'anthrax a trois composantes principales. L'une est une protéine appelée antigène protecteur (PA), qui se lie aux récepteurs appelés TEM8 CMG2 et que l'on retrouve sur la plupart des cellules de mammifères. Une fois PA attache à la cellule, il forme un site d'accueil pour les deux protéines d'anthrax appelés facteur létal (LF) et le facteur de l'oedème (EF). Ces protéines sont pompés dans la cellule par un pore étroit et perturbent les processus cellulaires, entraînant souvent la mort de la cellule.

Cependant, ce système peut être rendu inoffensif en supprimant les sections des protéines LF et EF qui sont responsables des activités toxiques, laissant derrière les sections qui permettent aux protéines de pénétrer les cellules. L'équipe du MIT alors remplacé les régions toxiques avec des imitations d'anticorps, permettant à ces protéines cargos d'aller faire un tour dans les cellules à travers le canal PA.

«Une avance importante '

Les imitations d'anticorps sont basés sur des échafaudages protéiques qui sont plus petits que les anticorps mais tout en conservant la diversité structurelle et peuvent être conçus pour cibler différentes protéines à l'intérieur d'une cellule. Dans cette étude, les chercheurs ont réussi à cibler plusieurs protéines, y compris Bcr-Abl, qui provoque la leucémie myéloïde chronique ; les cellules cancéreuses dans lequel cette protéine a été perturbé ont subi un suicide cellulaire programmé. Les chercheurs ont également bloquée avec succès HRAF-1, une protéine qui est hyperactive dans de nombreux cancers.

«Ce travail représente une avancée importante dans le domaine de l'administration de médicaments», dit Jennifer Cochran, professeur agrégé de bio-ingénierie à l'Université de Stanford. "Compte tenu de la délivrance de protéines efficace Pentelute et collègues réalisé avec cette technologie par rapport à un peptide pénétrant les cellules-traditionnelle, les études de ces résultats sur des modèles de maladie in vivo seront très attendus."

L'équipe du MIT est en train de tester cette approche pour traiter des tumeurs chez la souris et travaille également sur les moyens de livrer les anticorps à des types spécifiques de cellules.

Les principaux auteurs de l'article sont postdoc Xiaoli Liao et l'étudiant diplômé Amy Rabideau. La recherche a été financée par le Fonds MIT Reed, la Fondation Damon Runyon Cancer Research, et la National Science Foundation

(Dec. 31, 2007) — Most people wouldn't consider anthrax toxin to be beneficial, but this bacterial poison may someday be an effective cancer therapy. Anthrax toxin has actually been shown to be fairly selective in targeting melanoma cells, although the risk of non-cancer toxicity prevents any clinical use.

La plupart des gens ne penserait pas à l'anthrax comme un agent contre le cancer, mais cette bactérie poura effectivement être considéré comme un agent efficace contre le cancer un jour. La toxine Anthrax a été démontré comme tuant sélectivement les cellules du mélanome même si le risque de toxicité empêche l'usage actuellement.


To develop a better and safer treatment, Stephen Leppla and colleagues created a mutated antrax toxin that could only be turned on by matrix metalloproteinases (MMP), proteins that are overproduced only in cancer cells.

Pour développer une forme innofensive de la toxine, les chercheurs ont créé une mutation qui serait allumée par la protéine matrice metalloprotéinases (voir les recherches du docteur Béliveau au Québec) qui est produite seulement par les cellules cancreuses.

When they tested this mutated toxin in mice, the researchers observed that 100% of the animals tolerated a dose that would be lethal for the natural toxin. The MMP-toxin was also better at killing melanoma tumors than natural toxin, due to its higher specificity and longer half-life in the blood.

Quand ils ont testé cette forme mutée de la toxine, les chercheurs ont observé que 100% des animaux ont toléré une dose qui aurait été fatale si cela avait été la vraie toxine. La toxine MMP a été meilleur pour tuer les tumeurs du mélanome qu'une toxine naturelle à cause de sa spécificité plus grande et de son temps de vie dans le sang.

Even better, Leppla and colleagues saw that MMP-toxin was not limited to melanoma, and could also kill other tumors like colon and lung. This more widespread activity was due to the toxin's ability to inhibit angiogenesis, or the formation of new blood vessels.

La toxine ne se limite pas au cancer de la peau mais à d'autres comme celui du et celui du

These encouraging mouse results suggest that modified anthrax toxin could be clinically viable, and this potent killer might someday be put to good use.

Ces résultats encourageants suggèrent que la toxine pourra un jour être en usage clinique.