Ulyanovsk Medico-biological Journal

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-1-162-171

STUDY OF A RADIOPHARMACEUTICAL precursor TARGETING PROSTATE-SPECIFIC MEMBRANE ANTIGEN

E.A. Beloborodov, E.V. Yurova, E.D. Sugak, E.V. Rastorgueva, A.N. Fomin, Yu.V. Saenko

Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia

 

Prostate cancer is one of the most commonly diagnosed cancers worldwide. Targeted therapy is an anticancer strategy using short peptides targeting prostate-specific membrane antigen (PSMA). However, short peptides have a number of disadvantages, including low stability in vivo. This problem can be solved by using toxins with an inhibitory cystine knot with a short built in peptide.

The aim of the study is to examine the stability and ability of the PSMA/C1-C2 peptide, created on the base of knottin U5-scytotoxin-Sth1a and a short peptide tropic to PSMA, to bind to receptors on the surface of prostate cancer cells and to compare the results with a market image drug PSMA I&T and a specific PSMA inhibitor.

Materials and Methods. A solid-phase peptide synthesizer was used for peptide synthesis, chromatography and mass spectrometry were applied for analysis and purification. A competitive inhibition analysis was performed with radiolabeled commercial PSMA I&T in excess of PSMA/C1-C2 and FAM-labeled PSMA/C1-C2 with a specific PSMA inhibitor 2-PMPA. PSMA-positive culture 22Rv1 and PSMA-negative culture PC-3 were used as cell cultures. Chromatography was used to access peptide stability.

Results. As a result, it was observed that the synthesized PSMA/C1-C2 structure, created on the basis of knottin and a short peptide, prevents binding of PSMA I&T to receptors on the surface of 22Rv1 cells. The decrease in PSMA/C1-C2 binding in the presence of 2-PMPA suggests that PSMA/C1-C2 is targeted for prostate-specific membrane antigen. In addition, PSMA/C1-C2 peptide has increased stability compared to PSMA I&T.

Key words: prostate-specific membrane antigen, targeted therapy, peptide, knottin.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Beloborodov E.A., Yurova E.V., Fomin A.N., Saenko Yu.V.

Literature search, participation in the research study, data processing: Beloborodov E.A., Yurova E.V., Sugak D.E.

Statistical data processing: Rastorgueva E.V.

Data analysis and interpretation: Beloborodov E.A., Yurova E.V., Saenko Yu.V.

Text writing and editing: Beloborodov E.A., Yurova E.V.

 

References

  1. Azab S., Zakaria M., Raafat M., Seief H. The combination of urinary IL-6 and renal biometry as useful diagnostic tools to differentiate acute pyelonephritis from lower urinary tract infection. Int Braz J Urol. 2016; 42 (4): 810–816.

  2. Perlmutter M.A., Lepor H. Androgen deprivation therapy in the treatment of advanced prostate cancer. Rev Urol. 2007; 9 (1): 3–8.

  3. Rebello R.J., Oing C., Knudsen K.E., Loeb S., Johnson D.C., Reiter R.E., Gillessen S., Van der Kwast T., Bristow R.G. Prostate cancer. Nat Rev Dis Primers. 2021; 7 (1): 9.

  4. Beer T.M., Bubalo J.S. Complications of chemotherapy for prostate cancer. Semin Urol Oncol. 2001;

    19 (3): 222–230.

  5. Nhàn N.T.T., Yamada T., Yamada K.H. Peptide-Based Agents for Cancer Treatment: Current Applications and Future Directions. Int J Mol Sci. 2023; 24 (16): 12931.

  6. Pernot M., Vanderesse R., Frochot C., Guillemin F., Barberi-Heyob M. Stability of peptides and therapeutic success in cancer. Expert Opinion on Drug Metabolism & Toxicology. 2011; 7 (7): 793–802.

  7. Kolmar H. Natural and engineered cystine knot miniproteins for diagnostic and therapeutic applications. Curr Pharm Des. 2011; 17 (38): 4329–4336.

  8. Moore S.J., Leung C.L., Norton H.K., Cochran J.R. Engineering agatoxin, a cystine-knot peptide from spider venom, as a molecular probe for in vivo tumor imaging. PLoS One. 2013; 8 (4): 60498.

  9. Lumiprobe RUS Ltd, Labeling of biomolecules with activated esters. Lumiprobe.com. Available at: https://ru.lumiprobe.com/protocols/nhs-ester-labeling (accessed: July 12, 2023).

  10. Gorges T.M., Riethdorf S., von Ahsen O., Nastał Y.P., Röck K., Boede M., Peine S., Kuske A., Schmid E., Kneip C., König F., Rudolph M., Pantel K. Heterogeneous PSMA expression on circulating tumor cells: a potential basis for stratification and monitoring of PSMA-directed therapies in prostate cancer. Oncotarget. 2016; 7 (23): 34930–34941.

  11. Xia L., Wen L., Meng X., Zhou N., Guo X., Liu T., Xu X., Wang F., Zhu H., Yang Z. Application Analysis of 124I-PPMN for Enhanced Retention in Tumors of Prostate Cancer Xenograft Mice. Int J Nanomedicine. 2021; 16: 7685–7695.

  12. Dos Santos J.C., Schäfer M., Bauder-Wüst U., Beijer B., Eder M., Leotta K., Kleist C., Meyer J.P., Dilling T.R., Lewis J.S., Kratochwil C., Kopka K., Haberkorn U., Mier W. Refined Chelator Spacer Moieties Ameliorate the Pharmacokinetics of PSMA-617. Front Chem. 2022; 10: 898692.

  13. Khokhlova A., Zolotovskii I., Pogodina E., Saenko Y., Stoliarov D., Vorsina S., Fotiadi A., Liamina D., Sokolovski S., Rafailov E. Effects of high and low level 1265 nm laser irradiation on HCT116 cancer cells. Proceedings of the SPIE. 2019; 10861.

  14. Hennrich U., Eder M. [68Ga]Ga-PSMA-11: The First FDA-Approved 68Ga-Radiopharmaceutical for PET Imaging of Prostate Cancer. Pharmaceuticals (Basel). 2021; 14 (8): 713.

  15. Hennrich U., Eder M. [177Lu]Lu-PSMA-617 (PluvictoTM): The First FDA-Approved Radiotherapeutical for Treatment of Prostate Cancer. Pharmaceuticals (Basel). 2022; 15 (10): 1292.

  16. Karimzadeh A., Heck M., Tauber R., Knorr K., Haller B., D'Alessandria C., Weber W.A., Eiber M., Rauscher I. 177Lu-PSMA-I&T for Treatment of Metastatic Castration-Resistant Prostate Cancer: Prognostic Value of Scintigraphic and Clinical Biomarkers. J Nucl Med. 2023; 64 (3): 402–409.

Received October 6, 2023; accepted January 11, 2023.

 

Information about the authors

Beloborodov Evgeniy Alekseevich, Researcher, S.P. Kapitsa Research Institute of Technology, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-5666-5154

Yurova Elena Valer'evna, Junior Researcher, S.P. Kapitsa Research Institute of Technology, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-7484-2671

Sugak Dmitriy Evgen'evich, Junior Researcher, S.P. Kapitsa Research Institute of Technology, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-3276-8976

Rastorgueva Evgeniya Vladimirovna, Senior Lecturer, Chair of General and Clinical Pharmacology with a Course in Microbiology, Junior Researcher, S.P. Kapitsa Research Institute of Technology, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-1518-4677

Fomin Aleksandr Nikolaevich, Candidate of Sciences (Engineering), Senior Researcher, S.P. Kapitsa Research Institute of Technology, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0826-1857

Saenko Yuriy Vladimirovich, Doctor of Sciences (Biology), Leading Researcher, S.P. Kapitsa Research Institute of Technology, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-4402-1482

 

For citation

Beloborodov E.A., Yurova E.V., Sugak E.D., Rastorgueva E.V., Fomin A.N., Saenko Yu.V. Issledovanie predshestvennika radiofarmpreparata, natselennogo na prostat-spetsificheskiy membrannyy antigen [Study of a radiopharmaceutical precursor targeting prostate-specific membrane antigen]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 1: 162–171. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-1-162-171 (in Russian).

 

Скачать статью

УДК 615.849

DOI 10.34014/2227-1848-2024-1-162-171

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕДШЕСТВЕННИКА РАДИОФАРМПРЕПАРАТА, НАЦЕЛЕННОГО НА ПРОСТАТ-СПЕЦИФИЧЕСКИЙ МЕМБРАННЫЙ АНТИГЕН

Е.А. Белобородов, Е.В. Юрова, Е.Д. Сугак, Е.В. Расторгуева, А.Н. Фомин, Ю.В. Саенко

ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», г. Ульяновск, Россия

 

Рак предстательной железы – одно из наиболее часто диагностируемых онкологических заболеваний во всем мире. Одной из стратегий лечения является таргетная терапия с использованием коротких пептидов, нацеленных на простат-специфический мембранный антиген (ПСМА). Однако короткие пептиды обладают рядом недостатков, к которым относится низкая стабильность in vivo. Решить данную проблему можно с использованием токсинов с ингибиторным цистиновым узлом, в структуру которого встраивается короткий пептид.

Цель исследования. Изучить стабильность и способность пептида PSMA/C1-C2, созданного на основе кноттина U5-scytotoxin-Sth1a и короткого пептида, тропного к ПСМА, связываться с рецепторами на поверхности клеток рака предстательной железы в сравнении с коммерческим препаратом PSMA I&T и специфическим ингибитором ПСМА.

Материалы и методы. Синтез пептида осуществлялся с использованием твердофазного пептидного синтезатора, анализ и очистка – методами хроматографии и масс-спектрометрии. Анализ конкурентного ингибирования проводился с использованием радиоактивно меченного коммерческого PSMA I&T при избытке PSMA/C1-C2 и FAM-меченного PSMA/C1-C2 в присутствии специфического ингибитора ПСМА 2-PMPA. В качестве клеточных культур использовались ПСМА-положительная культура 22Rv1 и ПСМА-отрицательная культура PC-3. Стабильность пептидов оценивалась с использованием хроматографии.

Результаты. В результате экспериментов были получены данные, указывающие на то, что синтезированная структура PSMA/C1-C2, созданная на основе кноттина и короткого пептида, препятствует связыванию PSMA I&T с рецепторами на поверхности клеток 22Rv1. Снижение связывания PSMA/C1-C2 в присутствии 2-PMPA свидетельствует о том то, что PSMA/C1-C2 нацелен на простат-специфический мембранный антиген. Кроме того, пептид PSMA/C1-C2 обладает повышенной стабильностью по сравнению с PSMA I&T.

Ключевые слова: простат-специфический мембранный антиген, таргетная терапия, пептид, кноттин.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Белобородов Е.А., Юрова Е.В., Фомин А.Н., Саенко Ю.В.

Литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала: Белобородов Е.А., Юрова Е.В., Сугак Д.Е.

Статистическая обработка данных: Расторгуева Е.В.

Анализ и интерпретация данных: Белобородов Е.А., Юрова Е.В., Саенко Ю.В.

Написание и редактирование текста: Белобородов Е.А., Юрова Е.В.

 

Литература

  1. Azab S., Zakaria M., Raafat M., Seief H. The combination of urinary IL-6 and renal biometry as useful diagnostic tools to differentiate acute pyelonephritis from lower urinary tract infection. Int Braz J Urol. 2016; 42 (4): 810–816.

  2. Perlmutter M.A., Lepor H. Androgen deprivation therapy in the treatment of advanced prostate cancer. Rev Urol. 2007; 9 (1): 3–8.

  3. Rebello R.J., Oing C., Knudsen K.E., Loeb S., Johnson D.C., Reiter R.E., Gillessen S., Van der Kwast T., Bristow R.G. Prostate cancer. Nat Rev Dis Primers. 2021; 7 (1): 9.

  4. Beer T.M., Bubalo J.S. Complications of chemotherapy for prostate cancer. Semin Urol Oncol. 2001; 19 (3): 222–230.

  5. Nhàn N.T.T., Yamada T., Yamada K.H. Peptide-Based Agents for Cancer Treatment: Current Applications and Future Directions. Int J Mol Sci. 2023; 24 (16): 12931.

  6. Pernot M., Vanderesse R., Frochot C., Guillemin F., Barberi-Heyob M. Stability of peptides and therapeutic success in cancer. Expert Opinion on Drug Metabolism & Toxicology. 2011; 7 (7): 793–802.

  7. Kolmar H. Natural and engineered cystine knot miniproteins for diagnostic and therapeutic applications. Curr Pharm Des. 2011; 17 (38): 4329–4336.

  8. Moore S.J., Leung C.L., Norton H.K., Cochran J.R. Engineering agatoxin, a cystine-knot peptide from spider venom, as a molecular probe for in vivo tumor imaging. PLoS One. 2013; 8 (4): 60498.

  9. Lumiprobe RUS Ltd, Labeling of biomolecules with activated esters. Lumiprobe.com. URL: https://ru.lumiprobe.com/protocols/nhs-ester-labeling (дата обращения: 12.07.2023).

  10. Gorges T.M., Riethdorf S., von Ahsen O., Nastał Y.P., Röck K., Boede M., Peine S., Kuske A., Schmid E., Kneip C., König F., Rudolph M., Pantel K. Heterogeneous PSMA expression on circulating tumor cells: a potential basis for stratification and monitoring of PSMA-directed therapies in prostate cancer. Oncotarget. 2016; 7 (23): 34930–34941.

  11. Xia L., Wen L., Meng X., Zhou N., Guo X., Liu T., Xu X., Wang F., Zhu H., Yang Z. Application Analysis of 124I-PPMN for Enhanced Retention in Tumors of Prostate Cancer Xenograft Mice. Int J Nanomedicine. 2021; 16: 7685–7695.

  12. Dos Santos J.C., Schäfer M., Bauder-Wüst U., Beijer B., Eder M., Leotta K., Kleist C., Meyer J.P., Dilling T.R., Lewis J.S., Kratochwil C., Kopka K., Haberkorn U., Mier W. Refined Chelator Spacer Moieties Ameliorate the Pharmacokinetics of PSMA-617. Front Chem. 2022; 10: 898692.

  13. Khokhlova A., Zolotovskii I., Pogodina E., Saenko Y., Stoliarov D., Vorsina S., Fotiadi A., Liamina D., Sokolovski S., Rafailov E. Effects of high and low level 1265 nm laser irradiation on HCT116 cancer cells. Proceedings of the SPIE. 2019; 10861.

  14. Hennrich U., Eder M. [68Ga]Ga-PSMA-11: The First FDA-Approved 68Ga-Radiopharmaceutical for PET Imaging of Prostate Cancer. Pharmaceuticals (Basel). 2021; 14 (8): 713.

  15. Hennrich U., Eder M. [177Lu]Lu-PSMA-617 (PluvictoTM): The First FDA-Approved Radiotherapeutical for Treatment of Prostate Cancer. Pharmaceuticals (Basel). 2022; 15 (10): 1292.

  16. Karimzadeh A., Heck M., Tauber R., Knorr K., Haller B., D'Alessandria C., Weber W.A., Eiber M., Rauscher I. 177Lu-PSMA-I&T for Treatment of Metastatic Castration-Resistant Prostate Cancer: Prognostic Value of Scintigraphic and Clinical Biomarkers. J Nucl Med. 2023; 64 (3): 402–409.

Поступила в редакцию 06.10.2023; принята 11.01.2024.

 

Авторский коллектив

Белобородов Евгений Алексеевич – научный сотрудник НИТИ им. С.П. Капицы, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-5666-5154

Юрова Елена Валерьевна – младший научный сотрудник НИТИ им. С.П. Капицы, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0001-7484-2671

Сугак Дмитрий Евгеньевич – младший научный сотрудник НИТИ им. С.П. Капицы, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0002-3276-8976

Расторгуева Евгения Владимировна – старший преподаватель кафедры общей и клинической фармакологии c курсом микробиологии, младший научный сотрудник НИТИ им. С.П. Капицы, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-1518-4677

Фомин Александр Николаевич – кандидат технических наук, старший научный сотрудник НИТИ им. С.П. Капицы, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0826-1857

Саенко Юрий Владимирович – доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник НИТИ им. С.П. Капицы, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0002-4402-1482

 

Образец цитирования

Белобородов Е.А., Юрова Е.В., Сугак Е.Д., Расторгуева Е.В., Фомин А.Н., Саенко Ю.В. Исследование предшественника радиофармпрепарата, нацеленного на простат-специфический мембранный антиген. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 1: 162–171. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-1-162-171.