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Remodeling of sorafenib as an orally bioavailable ferroptosis inducer for Lung Cancer by chemical modification of adenine-binding motif - 16/06/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2024.116758 
Yun-Jeong Kim a, b, 1, Bumhee Lim a, c, 1, Seo Young Kim a, Yoon-Ze Shin a, Nayoung Yu a, Eun-Kyung Shin a, Jae-Eon Lee d, Yong Hyun Jeon d, Dae-Duk Kim a, Jeeyeon Lee a, b, , Hyuk-Jin Cha a,
a College of Pharmacy, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 
b College of Pharmacy and Institute of Pharmaceutical Sciences, Seoul National University, Seoul, Republic of Korea 
c New Drug Development Center, Daegu-Gyeongbuk Medical Innovation Foundation, Daegu 41061, Republic of Korea 
d Laboratory Animal Center, Daegu-Gyeongbuk Medical Innovation Foundation, Daegu 41061, Republic of Korea 

Correspondence to: College of Pharmacy, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 08826, Republic of Korea.College of Pharmacy, Seoul National University1 Gwanak-ro, Gwanak-guSeoul08826Republic of Korea

Abstract

Sorafenib (BAY 43–9006) was developed as a multi-kinase inhibitor to treat advanced renal cell, hepatocellular, and thyroid cancers. The cytotoxic effect of sorafenib on cancer cells results from not only inhibiting the MEK/ERK signaling pathway (the on-target effect) but also inducing oxidative damage (the off-target effect). The inhibitory effect of sorafenib on system Xc- (xCT), a cystine/glutamate antiporter, promotes ferroptosis induction and accounts for oxidative damage. While emerging studies on ferroptosis in cancers have garnered increasing attention, the lack of consideration for ferroptosis inducers (FINs) with favorable pharmacokinetics could be problematic. Herein, we remodeled the chemical structure of sorafenib, of which pharmacokinetics and safety are already assured, to customize the off-target effect (i.e., ferroptosis induction) to on-target by disrupting the adenine-binding motif. JB3, a sorafenib derivative (i.e., JB compounds), with a tenfold higher IC50 toward RAF1 because of chemical remodeling, induced strong cytotoxicity in the elastin-sensitive lung cancer cells, while it was markedly reduced by ferrostatin-1. The 24% oral bioavailability of JB3 in rats accounted for a significant anti-tumor effect of orally administrated JB3 in xenograft models. These results indicate that JB3 could be further developed as an orally bioavailable FIN in novel anti-cancer therapeutics.

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Graphical abstract




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Highlights

Sorafenib induces ferroptosis in erastin-sensitive cancer cell line
Chemical modification of sorafenib weakens the effect as a kinase inhibitor
JB3 compound induces ferroptosis in erastin-sensitive cancer cell lines
JB3 compound shows high oral bioavailability in animal models, feasible for in vivo application

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Keywords : Drug remodeling, Ferroptosis inducer, Sorafenib, System Xc, Ferroptosis, Bioavailability


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Vol 176

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