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Molecular mechanisms of the tyrosine kinase inhibitor pralsetinib activity in in-vitro models of medullary thyroid carcinoma: Aberrant activation of the HH-Gli signaling pathway in acquired resistance - 17/06/23

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.114995 
Sofia Trocchianesi a, Agnese Po b, Anna Citarella a, Zaira Spinello a, Aurelia Rughetti a, Zein Mersini Besharat a, Tanja Milena Autilio a, Valeria Pecce c, Antonella Verrienti c, Rossella Elisei d, Cosimo Durante c, Giuseppina Catanzaro a, , 1 , Elisabetta Ferretti a, , 1
a Department of Experimental Medicine, Sapienza University of Rome, 00161 Rome, Italy 
b Department of Molecular Medicine, Sapienza University of Rome, 00161 Rome, Italy 
c Department of Translational and Precision Medicine, Sapienza University of Rome, 00161 Rome, Italy 
d Endocrine Unit, Department of Clinical and Experimental Medicine, University of Pisa, 56126 Pisa, Italy 

Correspondence to: Department of Experimental Medicine, Sapienza University of Rome, Viale Regina Elena 324, Rome, 00161, Italy.Department of Experimental Medicine, Sapienza University of RomeViale Regina Elena 324Rome00161Italy

Abstract

Medullary thyroid carcinoma (MTC) is a malignant tumor with challenging management. Multi-targeted kinase inhibitors (MKI) and tyrosine-kinase inhibitors (TKI) with high specificity for RET protein are approved for advanced MTC treatment. However, their efficacy is hindered by evasion mechanisms of tumor cells. Thus, the aim of this study was the identification of an escape mechanism in MTC cells exposed to a highly selective RET TKI. TT cells were treated with TKI, MKI, and/or the HH-Gli inhibitors, GANT61 and Arsenic Trioxide (ATO), in the presence or absence of hypoxia. RET modifications, oncogenic signaling activation, proliferation and apoptosis were assessed. Additionally, cell modifications and HH-Gli activation were also evaluated in pralsetinib-resistant TT cells. Pralsetinib inhibited RET autophosphorylation and RET downstream pathways activation in normoxic and hypoxic conditions. Additionally, pralsetinib impaired proliferation, induced the activation of apoptosis and, in hypoxic cells, downregulated HIF-1α. Focusing on escape molecular mechanisms associated with therapy, we observed increased Gli1 levels in a subset of cells. Indeed, pralsetinib stimulated the re-localization of Gli1 into the cell nuclei. Treatment of TT cells with both pralsetinib and ATO resulted in Gli1 down-regulation and impaired cell viability. Moreover, pralsetinib-resistant cells confirmed Gli1 activation and up-regulation of its transcriptionally regulated target genes. Altogether, we showed that pralsetinib impairs MTC cell growth and induces cell death, also in hypoxic conditions. The HH-Gli pathway is a new molecular mechanism of escape to pralsetinib therapy that can be overcome through combined therapy.

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Graphical Abstract




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Highlights

Pralsetinib overcomes the limitations of cabozantinib in hypoxic MTC cells.
MTC triggers the RET-independent HH-Gli pathway as resistance mechanism to pralsetinib.
MTC models resistant to therapy were established after prolonged use of pralsetinib.
Pralsetinib and HH-Gli inhibition targets MTC subpopulations resistant to therapy.

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Abbreviations : MTC, RET, MKI, TKI, VEGFR2, PFS, OS, WT, HIF-1α, HH-Gli, Shh, ATO, FDA, ATCC, FBS, CoCl2, MTS, RT, cl-PARP, pGli1, SD, pRET, TTR3, NSCLC, PTC, ORR

Keywords : Medullary thyroid carcinoma, Pralsetinib, HH-Gli signaling, Resistance to therapy, Normoxia, Hypoxia


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