New steroidal aromatase inhibitors: biological effects in hormone-dependent breast cancer cell models

Abstract

The majority of breast cancers, the most prevalent among women, is hormone-dependent (ER+) and requires estrogen signaling for its etiology and progression. From the several approaches used for the treatment and prevention of these tumors in postmenopausal women, aromatase inhibitors (AIs) represent one of the best options. By blocking the enzyme aromatase, responsible for estrogens biosynthesis, AIs are able to suppress estrogens levels, thus avoiding tumor growth. Despite their efficacy, AIs are limited by the existence of some drawbacks, such as bone loss and the development of therapy resistance, a major obstacle to the successful treatment. For this, the search for novel potent compounds, with fewer side effects, is currently demanded. The present work focused on the study of new steroidal compounds as potential AIs, synthesized from structural modifications on androstenedione molecule, an aromatase substrate. The anti-aromatase activity, the biological effects and the underlying anti-tumor mechanisms of four new compounds (49, 50, 51 and 52) were evaluated. The in vitro studies were performed in an estrogen receptor-positive (ER+) human breast cancer cell line that overexpresses aromatase (MCF-7aro), an estrogen receptor-negative (ER-) human breast cancer cell line (SK-BR-3), an AI-resistant breast cancer cell line that overexpresses aromatase (LTEDaro) and a non-tumor fibroblastic cell line (HFF-1). The results revealed that all the steroids are potent AIs, capable of decreasing the viability of the hormone-dependent breast cancer cells without affecting the non-tumor fibroblastic cells. This effect was accompanied by morphological alterations, cell cycle arrest and cell death by apoptosis via the mitochondrial pathway. Autophagy was a pro-survival mechanism for compound 51. Furthermore, the compounds also affected the viability of the AI-resistant cells in a similar manner as the hormone-sensitive ones. In conclusion, the new potent AIs induced anti-proliferative effects in breast cancer cells, mainly through cell cycle arrest and cell death mechanisms. This work might contribute for the design and synthesis of more effective compounds and elucidate the tumor suppressor mechanisms associated to AIs treatment.

A maioria dos cancros da mama, o mais prevalente entre as mulheres, é hormono-dependente e requer a sinalização de estrogénios para a sua etiologia e progressão. Das várias abordagens usadas para o tratamento e prevenção destes tumores em mulheres pós-menopáusicas, os inibidores da aromatase (IAs) representam uma das melhores opções. Ao bloquearem a enzima aromatase, responsável pela biossíntese de estrogénios, os IAs são capazes de suprimir os níveis de estrogénio, evitando, deste modo, o crescimento tumoral. Apesar da sua eficácia, o IAs estão limitados pela existência de algumas desvantagens, como a perda de massa óssea e o desenvolvimento de resistência à terapia, um dos principais obstáculos ao sucesso do tratamento. Por isso, é importante a procura de novos e potentes compostos, com menores efeitos adversos. Este trabalho focou-se no estudo de novos compostos como potenciais IAs, sintetizados a partir de modificações estruturais na molécula da androstenediona, um dos substratos da aromatase. A atividade anti-aromatásica, os efeitos biológicos e os mecanismos anti-tumorais subjacentes de quatro novos compostos (49, 50, 51 e 52) foram avaliados. Os estudos in vitro foram realizados numa linha celular humana de cancro da mama recetor de estrogénio positivo com sobre-expressão da aromatase (MCF-7aro), numa linha celular humana de cancro da mama recetor de estrogénio negativo (SK-BR-3), numa linha celular de cancro da mama resistente aos IAs com sobre-expressão da aromatase (LTEDaro) e numa linha celular não-tumoral de fibroblastos (HFF-1). Os resultados revelaram que todos os esteroides são potentes IAs, capazes de reduzir a viabilidade das células de cancro da mama hormono-dependente, sem afetar as células fibroblásticas não tumorais. Este efeito foi acompanhado por alterações morfológicas, paragem do ciclo celular e morte celular por apoptose pela via mitocondrial. A autofagia foi um mecanismo de pro-sobrevivência para o composto 51. Além disso, os compostos afetaram a viabilidade das células resistentes a IAs de uma forma semelhante às células hormono-sensíveis. Concluindo, os novos potentes IAs obtidos induziram efeitos anti-proliferativos nas células de cancro da mama, principalmente através da paragem do ciclo celular e de mecanismos de morte celular. Este trabalho poderá contribuir para o desenho e síntese de compostos mais eficazes e elucidar os mecanismos de supressão tumoral associados ao tratamento com IAs.