Cancer cells must reprogram their metabolism to sustain their continuous growth and proliferation. They rely on fast nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) turnover for their energy supply, which is crucial for their survival. Nicotinamide phosphoribosyltransferase (NAMPT) is the rate limiting enzyme involved in the production of NAD+. The inhibition of NAMPT induces NAD+ depletion and is a therapeutic strategy to selectively eliminate malignant cells highly dependent on NAD+. Until now, several NAMPT inhibitors have been developed and, despite their high efficacy in preclinical studies, their clinical activity was limited. Therefore, there is still a need to synthesize novel more potent NAMPT inhibitors and/or to specifically target them to cancer cells.
In this work, new NAMPT inhibitors were characterized for their biological activities in vitro and in vivo on haematological malignancies. Moreover, few selected NAMPT inhibitors were conjugated to an anti-CD138 antibody, targeting inhibitors to multiple myeloma cells.
All tested compounds exhibited low nanomolar cytotoxicity against various haematological cancer cell lines. They depleted NAD+ after 24 hours of drug treatment, followed by ATP depletion and mitochondrial membrane depolarization, what finally led to various types of cell death (apoptosis and necrosis). Treatments with NAMPT inhibitors caused time-dependent reactive oxygen species (ROS) production that was rescued by catalase (CAT).
Unfortunately, the most potent compounds in vitro (i.e., FEI199) did not translate their efficacy in vivo. Indeed, among all compounds (JJ08, FEI191, FEI199) administered into mouse xenograft model of human Burkitt lymphoma only JJ08 completely eradicated tumour growth. Moreover, the pharmacokinetics (PK) profile of JJ08 was like that of APO866.
Some of the synthesized analogues were further modified to be attached to an anti-CD138 antibody to create antibody-drug-conjugates (ADCs). CD138 is an antigen selectively overexpressed on MM cells and its responsible for its malignant growth. The cytotoxicity of the NAMPT inhibitors ADCs (NAMPTi_ADCs) was assessed on target-positive and negative cells. Additionally, a positive control ADC was synthesized with amanitin as a payload (ADC-ama) instead of the inhibitor. The native NAMPT inhibitors used as payloads had IC50 on target-positive (RPMI8226) cells between 2.3-118 nM, and the anti-CD138 antibody itself was not toxic to the cells. The ADC-ama resulted in very potent activity against RPMI8226 cells (IC50 0.1 nM). However, the NAMPTi_ADCs did not exhibit cytotoxicity on RPMI8226 cells up to 500 nM, except for SF316 and SF319, sharing the same payload. The compounds induced 60-70% cell death at 500 nM concentrations, which was considered unspecific.
Taken together, these findings demonstrate the mode of action and the very potent cytotoxicity of different NAMPT inhibitors in vitro, and the high efficacy of JJ08 in vivo. Despite the successful conjugation of the selected compounds to the anti-CD138 antibody, they were not effective in vitro. Therefore, further optimization of the NAMPTi_ADCs is needed.
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Les cellules cancéreuses reprogramment leur métabolisme pour maintenir leur prolifération et leur croissance continuelles. Elles se reposent sur un renouvellement rapide du nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+) pour leur apport en énergie, ce qui est crucial pour les cellules cancéreuses. La nicotinamide phosphorybosyltransferase (NAMPT) est l’enzyme limitante impliquée dans la production de NAD+. L’inhibition de l’enzyme NAMPT et donc la déplétion du NAD+ est une stratégie thérapeutique pour éliminer de manière sélective les cellules malignes qui sont fortement dépendantes du NAD+. Jusqu’à maintenant, beaucoup d’inhibiteurs de NAMPT ont été développés et malgré leur forte efficacité dans les études précliniques, leur activité clinique était limitée. Il reste donc un besoin de synthétiser de nouveaux inhibiteurs du NAMPT plus performants et/ou spécialement ciblés contre les cellules cancéreuses.
Dans ce travail, de nouveaux inhibiteurs du NAMPT ont été caractérisés pour leur activité biologique in vitro et in vivo sur des cellules hématologiques malignes. De plus, certains inhibiteurs de NAMPT sélectionnés ont été conjugués à un anticorps anti-CD138 ciblant les myélomes multiples (MM).
Tous les composés ont montré à basses concentrations molaires une cytotoxicité contre diverses lignées cellulaires cancéreuses hématologiques. Le NAD+ était déplété après 24 heures de traitement, suivi par une déplétion de l’ATP et une dépolarisation de la membrane mitochondriale, qui ont finalement amené à différents types de morts cellulaires (apoptose et nécrose). Le traitement avec les inhibiteurs de NAMPT a causé la production d’espèces réactives de l’oxygène (ERO) dépendant du temps, production qui a pu être prévenue par la catalase (CAT).
Finalement, le composé le plus efficace in vitro était le 35a (un IC50 de 18pM sur des cellules ML2), malgré ça, l’efficacité in vitro des inhibiteurs les plus efficaces ne s’est pas retranscrite dans les expériences in vivo. Tous les composés ont été administrés dans des modèles de souris xénogreffes soit de lymphomes Burkitt (JJ08, FEI191, FEI199) ou de leucémie myéloïdes aigue (35a, 47), Seul JJ08 a complétement éradiqué la croissance de la tumeur. De plus, le profil pharmacocinétique de JJ08 était similaire à celui d’APO866.
Certains des analogues synthétisés ont été modifiés pour permettre leur attachement à l’anticorps anti- CD138 dans le but de créer des conjugués anticorps-médicaments. Le CD138 est un antigène surexprimé chez les myélomes multiples qui est responsable de leur croissance maligne. La cytotoxicité des inhibiteurs de NAMPT conjugués anticorps-médicaments a été testée sur des cellules cibles positives et négatives. De plus, un contrôle positif du conjugué anticorps-médicament a été synthétisé avec l’amanitine comme payload. Les inhibiteurs de NAMPT utilisés comme paylaods avaient un IC50 sur les cellules cibles positives (RPMI8226) entre 2.3 et 118 nM. L’anticorps anti-CD138 n’était pas toxique lui-même pour les cellules. Le conjugué anticorps-médicament amanitine a montré des résultats extrêmement efficaces sur les cellules RPMI8226 (IC50 0.1nM). Malgré cela, les conjugués anticorps-médicaments inhibiteurs de NAMPT n’ont pas montré de cytotoxicité sur les RPMI8226 jusqu’à 500nM, à l’exception de SF316 et SF 319 qui partagent le même payload. Ces composés ont induit une mort cellulaire autour de 60 à 70% avec une concentration de 500nM qui a été considérée comme non spécifique.
En conclusion, ces observations démontrent le mode d’action et la forte cytotoxicité de différents inhibiteurs de NAMPT in vitro, ainsi que la grande efficacité de JJ08 in vivo. Bien que la conjugaison des composés choisis à l’anticorps anti-CD138 ai été un succès, ils n’ont pas montré d’efficacité in vitro. Par conséquent, une meilleure optimisation des inhibiteurs de NAMPT conjugués anticorps-médicaments est nécessaire.