Biological and clinical effects of abiraterone on anti-resorptive and anabolic activity in bone microenvironment

Abiraterone acetate (ABI) is associated not only with a significant survival advantage in both chemotherapy-naive and -treated patients with metastatic castration-resistant prostate cancer (mCRPC), but also with a delay in time to development of Skeletal Related Events and in radiological skeletal progression. These bone benefits may be related to a direct effect on prostate cancer cells in bone or to a specific mechanism directed to bone microenvironment. To test this hypothesis we designed an in vitro study aimed to evaluate a potential direct effect of ABI on human primary osteoclasts/osteoblasts (OCLs/OBLs). We also assessed changes in bone turnover markers, serum carboxy-terminal collagen crosslinks (CTX) and alkaline phosphatase (ALP), in 49 mCRPC patients treated with ABI.Our results showed that non-cytotoxic doses of ABI have a statistically significant inhibitory effect on OCL differentiation and activity inducing a down-modulation of OCL marker genes TRAP, cathepsin K and metalloproteinase-9. Furthermore ABI promoted OBL differentiation and bone matrix deposition up-regulating OBL specific genes, ALP and osteocalcin. Finally, we observed a significant decrease of serum CTX values and an increase of ALP in ABI-treated patients.These findings suggest a novel biological mechanism of action of ABI consisting in a direct bone anabolic and anti-resorptive activity

Биологическое и клиническое действие абиратерона на антирезорбтивную и анаболическую активность микроокружения костной ткани

Применение абиратерона ацетата (АА) сопровождается не только значимым увеличением выживаемости пациентов с метастатическим кастрационно-резистентным раком предстательной железы (мКРРПЖ), но также отдалением времени до развития рентгенологического прогрессирования заболевания. Эти преимущества относительно костных метастатических очагов могут быть связаны с непосредственным воздействием на метастатические клетки рака предстательной железы в костях или со специфическими механизмами, направленными на костное микроокружение. Чтобы проверить эти гипотезы, мы прове- ли исследование in vitro, направленное на оценку потенциального действия AA на первичные остеокласты (ОКЛ) / остеобласты (ОБЛ); in vivo оценивали изменения уровней маркеров костного метаболизма, С-концевых телопептидов коллагена 1-го типа (CTX, маркер костной резорбции) и щелочной фосфатазы (ЩФ) у 49 пациентов с мКРРПЖ, получавших AA.Наши результаты показали, что AA оказывает статистически значимое ингибирующее действие на дифференцировку и активность ОКЛ, уменьшая экспрессию ОКЛ-маркерных генов TRAP (тартратрезистентная кислая фосфатаза), образование катепсина К и матриксной металлопротеиназы-9. Кроме того, AA способствовал дифференцировке ОБЛ и отложению костной матрицы, увеличивая экспрессию специфичных для ОБЛ генов RUNX2 (фактор транскрипции-2, содержащий домен Runt), образование ЩФ и остеокальцина. Также мы наблюдали in vivo значимое снижение уровня CTX в сыворотке и повышение уровня ЩФ у пациентов, получавших AA.Эти данные позволяют предполагать новый биологический механизм действия AA, состоящий в прямом анаболическом и антирезорбтивном влиянии на костную ткань.Применение абиратерона ацетата (АА) сопровождается не только значимым увеличением выживаемости пациентов с метастатическим кастрационно-резистентным раком предстательной железы (мКРРПЖ), но также отдалением времени до развития рентгенологического прогрессирования заболевания. Эти преимущества относительно костных метастатических очагов могут быть связаны с непосредственным воздействием на метастатические клетки рака предстательной железы в костях или со специфическими механизмами, направленными на костное микроокружение. Чтобы проверить эти гипотезы, мы провели исследование in vitro, направленное на оценку потенциального действия AA на первичные остеокласты (ОКЛ) / остеобласты (ОБЛ); in vivo оценивали изменения уровней маркеров костного метаболизма, С-концевых телопептидов коллагена 1-го типа (CTX, маркер костной резорбции) и щелочной фосфатазы (ЩФ) у 49 пациентов с мКРРПЖ, получавших AA.Наши результаты показали, что AA оказывает статистически значимое ингибирующее действие на дифференцировку и активность ОКЛ, уменьшая экспрессию ОКЛ-маркерных генов TRAP (тартратрезистентная кислая фосфатаза), образование катепсина К и матриксной металлопротеиназы-9. Кроме того, AA способствовал дифференцировке ОБЛ и отложению костной матрицы, увеличивая экспрессию специфичных для ОБЛ генов RUNX2 (фактор транскрипции-2, содержащий домен Runt), образование ЩФ и остеокальцина. Также мы наблюдали in vivo значимое снижение уровня CTX в сыворотке и повышение уровня ЩФ у пациентов, получавших AA.Эти данные позволяют предполагать новый биологический механизм действия AA, состоящий в прямом анаболическом и антирезорбтивном влиянии на костную ткань

Cabozantinib targets bone microenvironment modulating human osteoclast and osteoblast functions

Cabozantinib, a c-MET and vascular endothelial growth factor receptor 2 inhibitor, demonstrated to prolong progression free survival and improve skeletal diseaserelated endpoints in castration-resistant prostate cancer and in metastatic renal carcinoma. Our purpose is to investigate the direct effect of cabozantinib on bone microenvironment using a total human model of primary osteoclasts and osteoblasts. Osteoclasts were differentiated from monocytes isolated from healthy donors; osteoblasts were derived from human mesenchymal stem cells obtained from bone fragments of orthopedic surgery patients. Osteoclast activity was evaluated by tartrate resistant acid phosphatase (TRAP) staining and bone resorption assays and osteoblast differentiation was detected by alkaline phosphatase and alizarin red staining. Our results show that non-cytotoxic doses of cabozantinib significantly inhibit osteoclast differentiation (p=0.0145) and bone resorption activity (p=0.0252). Moreover, cabozantinib down-modulates the expression of osteoclast marker genes, TRAP (p=0.006), CATHEPSIN K (p=0.004) and Receptor Activator of Nuclear Factor k B (RANK) (p=0.001). Cabozantinib treatment has no effect on osteoblast viability or differentiation, but increases osteoprotegerin mRNA (p=0.015) and protein levels (p=0.004) and down-modulates Receptor Activator of Nuclear Factor k B Ligand (RANKL) at both mRNA (p < 0.001) and protein levels (p=0.043). Direct cell-to-cell contact between cabozantinib pre-treated osteoblasts and untreated osteoclasts confirmed the indirect anti-resorptive effect of cabozantinib. We demonstrate that cabozantinib inhibits osteoclast functions "directly" and "indirectly" reducing the RANKL/osteoprotegerin ratio in osteoblasts

Osteoblast Secretome Modulated by Abiraterone Treatment Affects Castration Resistant Prostate Cancer Cell Proliferation

Abiraterone is a selective inhibitor of androgen biosynthesis approved for the treatment of metastatic patients affected by castration-resistant or castration-sensitive prostate cancer. Intriguingly, clinical data revealed that abiraterone also delayed disease progression in bone improving bone-related endpoints. Our group has previously demonstrated in vitro a direct effect of abiraterone on osteoclast and osteoblast function suggesting its ability to modulate bone microenvironment. Here, we performed an extensive proteomic analysis to investigate how abiraterone influences osteoblast cell secretome and, consequently, osteoblast/prostate cancer cells interaction. A panel of 507 soluble molecules were analyzed in osteoblast conditioned media (OCM) obtained from osteoblast treated or not with abiraterone. Subsequently, OCM was added to prostate cancer cells to investigate its potential effect on prostate cancer cell proliferation and androgen receptor (AR) activation status. Out of 507 screened molecules, 39 of them were differentially expressed in OCM from osteoblasts treated with abiraterone (OCM ABI) compared to OCM obtained from untreated OBs (OCM CTRL). Pathway enrichment analysis revealed that abiraterone down-modulated the release of specific osteoblast soluble factors, positively associated with cell proliferation pathways (false discovery rate adjusted p-value = 0.0019). In vitro validation data showed that OCM ABI treatment significantly reduced cancer proliferation in C4-2B cells (p = 0.022), but not in AR- negative PC-3 cells. Moreover, we also found a reduction in AR activation in C4-2B cells (p = 0.017) confirming the &ldquo;indirect&rdquo; anti-tumor AR-dependent effect of abiraterone mediated by osteoblasts. This study provides the first evidence of an additional antitumor effect of abiraterone through the modulation of multiple osteoblast proliferative signals