Serangan Ganda untuk Kanker: Mangan Mengaktifkan Sensor Stres Secara Hiperaktif dan Membunuh Tumor

Para ilmuwan dari Institut Biofisika Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok (CAS), Universitas Minnesota, dan Institut Kanker Nasional AS (NCI), yang dipimpin oleh Profesor Wang Likun, menerbitkan sebuah studi di iScience yang menunjukkan bahwa ion mangan divalen (Mn²⁺) secara harfiah dapat "mendorong sel kanker menuju penghancuran diri" dengan mengaktifkan sensor stres ER IRE1α secara berlebihan dan menginduksi apoptosis melalui jalur RIDD dan JNK.

Latar Belakang: UPR dan peran IRE1α

1. Kontrol kualitas protein. Protein yang salah lipat terakumulasi di dalam retikulum endoplasma (RE) sel, memicu "respons stres RE" (UPR) melalui tiga sensor: IRE1α, PERK, dan ATF6.

2. Sifat ganda IRE1α.

• Aktivasi adaptif: stres ER sedang menginduksi penyambungan XBP1 → pemulihan homeostasis.
• Respons terminal: Di bawah tekanan berat atau berkepanjangan, IRE1α menonaktifkan cabang XBP1 dan malah memicu kaskade yang dimediasi RIDD (Regulated IRE1α-Dependent Decay) dan JNK → apoptosis.

Dualitas ini telah lama memikat para ahli onkologi, tetapi gagasan yang dominan adalah menekan IRE1α untuk melemahkan pertahanan adaptif tumor. Studi baru menunjukkan pendekatan yang berlawanan: mengaktifkan IRE1α secara berlebihan.

Protokol eksperimental dan metode utama

1. Kultur sel:

   • Kanker payudara (MCF-7), karsinoma hepatoseluler (HepG2) dan garis sel kontrol normal (HEK293).

   • Penambahan MnCl₂ (0–200 µM) selama 24–48 jam.

2. Verifikasi biokimia aktivasi IRE1α:

   • Fosforilasi IRE1α (Western blot) meningkat bergantung dosis pada 50–100 µM Mn²⁺.

   • Aktivitas RNase (RIDD): Peluruhan mRNA target (Blos1, Sparc) diukur dengan qPCR.

   • Jalur JNK: kadar p-JNK dan substratnya (c-Jun) meningkat 2-3 kali lipat.

3. Penyambungan XBP1:

   • Pengujian RT-PCR menunjukkan bahwa Mn²⁺ tidak meningkatkan tingkat varian sambungan XBP1s, yaitu secara khusus membebani cabang terminal UPR.

4. Apoptosis dan kelangsungan hidup sel:

   • Flow-cytometry (Annexin V/PI) mengungkapkan hingga 60% sel apoptosis setelah 48 jam pengobatan dengan 100 µM Mn²⁺;

   • Analisis MTT mengonfirmasi pengurangan viabilitas hingga 30% pada lini kanker pada dosis yang sama, sementara sel normal mempertahankan kelangsungan hidup 80%.

5. Kontrol molekuler:

   • Knockout genetik IRE1α (CRISPR–Cas9) sepenuhnya menghapuskan sitotoksisitas Mn²⁺, menunjukkan ketergantungan IRE1α.

   • Pemberian inhibitor JNK molekul kecil (SP600125) mengurangi apoptosis sekitar 50%, yang menunjukkan keterlibatan cabang ini.

Model in vivo praklinis

1. Model tikus kanker payudara:

   • Pemberian intratumoral MnCl₂ (1 mM, 20 µL) dua kali seminggu selama 3 minggu.

   • Pertumbuhan tumor: Pada lebih dari 80% kasus, tumor menyusut atau stabil; kontrol terus berkembang.

2. Toksisitas dan Keamanan:

   • Biokimia darah (ALT, AST, kreatinin) tetap dalam batas normal.

   • Histologi organ (hati, ginjal, jantung) tanpa kerusakan yang terdeteksi.

3. Ekspresi penanda apoptosis:

   • Peningkatan aktivitas caspase-3 dan sel TUNEL-positif di lokasi tumor.

Arti dan Prospek

"Kami telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa overaktivasi selektif IRE1α dengan Mn²⁺ membalikkan protokol UPR pada sel tumor, dengan memprioritaskan apoptosis," jelas Prof. Wang Likun. "Hal ini membuka cabang baru terapi kanker, di mana alih-alih menekan jalur pertahanan, kami justru 'membebani' jalur tersebut."

• Agen kontras dan onkoterapi? Mangan sudah digunakan dalam agen kontras MRI, yang dapat mempercepat penerapan terapi.
• Pengembangan donor Mn²⁺: nanodonor tertarget yang memberikan Mn²⁺ secara spesifik ke tumor, meminimalkan paparan sistemik.
• Kombinasi dengan imunoterapi: peningkatan apoptosis dapat meningkatkan produksi neoantigen dan memperbaiki respons terhadap penghambat titik pemeriksaan.

Para penulis menekankan beberapa poin penting:

• Paradigma baru untuk terapi UPR
  "Kami telah menunjukkan bahwa alih-alih menekan sensor UPR IRE1α, efek antitumor dapat dicapai dengan mengaktifkannya secara berlebihan," ujar Prof. Wang Likun (CAS). "Hal ini membuka strategi baru untuk terapi kanker berdasarkan 'pembebanan berlebih' stres ER."

• Spesifisitas mekanisme
  "Mn²⁺ secara selektif menstimulasi cabang RIDD dan JNK dari IRE1α tanpa mengaktifkan jalur adaptif XBP1s," catat Dr. Li Chang (NCI). "Respons 'bias' ini memastikan apoptosis sel tumor dengan dampak minimal pada sel normal."

• Prospek untuk penerapan klinis
  "Karena mangan sudah digunakan sebagai agen kontras dalam MRI, kami memiliki peluang besar untuk segera mengadaptasi donor Mn²⁺ untuk keperluan klinis," komentar Prof. Sarah Lee (Minnesota). "Langkah selanjutnya adalah mengembangkan sistem penghantaran yang ditargetkan ke tumor."

• Potensi terapi kombinasi.
  "Aktivasi IRE1α yang berlebihan dapat meningkatkan produksi neoantigen dan meningkatkan respons terhadap imunoterapi," tambah Dr. Tanaka (CAS). "Kombinasi Mn²⁺ dengan inhibitor checkpoint menjanjikan efek sinergis."

• Keamanan dan Selektivitas
  “Dalam model praklinis kami, Mn²⁺ tidak menyebabkan kerusakan pada jaringan normal atau meningkatkan toksisitas sistemik,” catat Dr. Martinez (Minn.). “Hal ini penting untuk memasuki uji klinis.”

Studi ini menetapkan arah baru untuk pengobatan kanker melalui aktivasi terkendali respons stres seluler dan memperkenalkan mangan sebagai agen antitumor yang mampu membebani mekanisme kelangsungan hidup sel kanker.