Síntesis y cribado de péptidos modificados derivados de lactoferricina bovina como fármacos citotóxicos contra líneas de cáncer de colon

Abstract

Research on anticancer peptide drugs has gained interest due to their potency and selectivity. Bovine Lactoferricin (LfcinB) and derived peptides, as used in this study, have shown cytotoxic activity against breast cancer. Therefore, their effect on colon cancer was evaluated, specifically on Caco-2 and HT-29 cell lines, with the latter being more resistant. Two hit peptides, LfcinB (21-25)Pal and 26[F] LfcinB (20-30)2, were identified. Libraries of monomeric and dimeric peptides were constructed from these, resulting in 34 molecules. Their cytotoxic effect was assessed on colon cancer cell lines. This process allowed the identification of key amino acids in the sequence necessary for cytotoxic activity and modifications of interest to enhance it. Fifteen molecules exhibited inhibitory concentrations (IC50) below 200 μg/mL against colon cancer cell lines, with eight considered optimized peptides due to improved activity and selectivity. They remained active in colon cancer cell lines from 2 to 72 hours, showing cytotoxicity in prostate, cervical, and breast cancer lines. Optimized peptides, particularly 3, 19, and LfcinB (21-25)Pal, induced cell death in HT-29 cells primarily through the apoptotic pathway, causing mitochondrial membrane depolarization, caspase overexpression, and morphological changes such as rounding and cell contraction. The toxicity of optimized peptides 3, 19, LfcinB (21-25)Pal, and LfcinB (21-25)Pal2 was evaluated in Galleria mellonella, finding lethal doses (LD50) >100mg/kg. Moreover, peptide 19 toxicity was assessed in CD1 mice through the Irwin test, revealing central nervous system effects with LD50 between 70mg/kg and 140mg/kg. Lastly, the zebrafish model determined the CL50 of this optimized peptide to be between 20-25 μg/mL. It was also found that this optimized peptide exhibited lower in vivo toxicity than the sequence-derived peptide (hit). Based on the results, eight optimized peptides were identified, with peptides 3, 19, and LfcinB (21-25)Pal standing out as candidates for further studies in developing treatments for colon cancer.

La investigación en fármacos de origen peptídico anticancerígenos ha ganado interés debido a su potencia y selectividad. La Lactoferricina Bovina (LfcinB) y péptidos derivados, como los utilizados en el presente estudio han mostrado actividad citotóxica frente a cáncer de mama, por lo que se evaluó su efecto sobre cáncer de colon (líneas celulares Caco-2 y HT-29, siendo esta última la más resistente). Se identificaron dos péptidos hit, LfcinB (21-25)Pal y 26[F] LfcinB (20-30)2, a partir de los cuales se construyeron librerías de péptidos monoméricos y diméricos para la obtención de 34 moléculas, cuyo efecto citotóxico se evaluó en líneas celulares de cáncer de colon. Este proceso permitió la identificación de aminoácidos clave de la secuencia que son o no necesarios para la actividad citotóxica y modificaciones de interés para mejorar la actividad. Quince moléculas mostraron concentraciones inhibitorias (IC50) menores de 200 μg/mL frente a las líneas celulares de cáncer de colon, de los cuales ocho fueron considerados como péptidos optimizados por su actividad y selectividad mejorada. Estos fueron activos en líneas celulares de cáncer de colon desde las 2 hasta las 72 horas de tratamiento, algunas también demostraron citotoxicidad en líneas de cáncer de próstata, cuello uterino y mama. Los péptidos optimizados con los mejores resultados 3, 19 y el LfcinB (21-25)Pal indujeron muerte celular en células HT-29 por la vía apoptótica principalmente, causando despolarización de la membrana mitocondrial, sobreexpresión de caspasas y cambios morfológicos como redondeamiento y contracción celular. La toxicidad de los péptidos optimizados 3, 19, LfcinB (21-25)Pal y el LfcinB (21-25)Pal2 fue evaluada en Galleria mellonella, encontrando dosis letales (DL50) >100mg/kg. Por otro lado, la toxicidad del péptido 19 fue evaluada en ratones CD1 mediante la prueba de Irwin, evidenciando que el péptido indujo efectos en el sistema nervioso central y la DL50 está entre 70mg/kg y 140mg/kg. Por último, en el modelo de pez cebra se determinó que la CL50 de este péptido está entre 20-25 μg/mL. Así mismo, se evidenció que este péptido optimizado presentó menor toxicidad in vivo que el péptido del que se derivó su secuencia (péptido hit). A partir de los resultados obtenidos se identificaron ocho péptidos optimizados, de los cuales se destacan los péptidos 3, 19 y LfcinB (21-25)Pal como candidatos para continuar en estudios para el desarrollo de tratamientos contra el cáncer de colon. (Texto tomado de la fuente)