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Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer Marcelino Gutiérrez G. Centro de Biodiversidad y Descubrimiento de Drogas, INDICASAT, Panamá Primer Simposio Iberoamericano de Investigación en Cáncer UNICAMP, Campinas, Brasil Septiembre 24-25, 2013

Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

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Page 1: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Productos naturales marinos como

fuente de agentes anticáncer

Marcelino Gutiérrez G.

Centro de Biodiversidad y Descubrimiento de Drogas, INDICASAT,

Panamá

Primer Simposio Iberoamericano de Investigación en Cáncer

UNICAMP, Campinas, Brasil

Septiembre 24-25, 2013

Page 2: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Talk Overview

1. Facts about cancer

2. Marine environments and biodiversity

3. Marine organisms as source of natural products and anticancer compounds

4. Stories of success. MNP in the market

5. MNP in preclinical

6. Role of symbiotic microorganisms as source of MNP

7. Conclusions

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Definition

• Cancer is the uncontrolled growth and spread

of cells. It can affect almost any part of the

body. The growths often invade surrounding

tissue and can metastasize to distant sites

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 4: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Facts about cancer

• Cancer is a leading cause of death worldwide and accounted for 7.6 million deaths (around 13% of all deaths) in 2008.

• The main types of cancer are:

– lung (1.37 million deaths)

– stomach (736 000 deaths)

– liver (695 000 deaths)

– colorectal (608 000 deaths)

– breast (458 000 deaths)

– cervical cancer (275 000 deaths)

• About 70% of all cancer deaths occurred in low- and middle-income countries.

• Deaths from cancer worldwide are projected to continue to rise to over 13.1 million in 2030.

World Healht Organization, Fact sheet N°297, January 2013. Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Why to search for anticancer

compounds in the oceans?

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 6: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Oceans cover over

70 % of earth

surface

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Why Marine Organisms?• Life started in the oceans

• There are 11 terrestrial phyla

and 28 marine phyla -15 are

exclusively marine

• Marine ecosystems are still a

unexplored frontier specially

deep-sea and polar regions

which comprise 95% of the

biosphere.

• Sessile organisms have

evolved developing powerful

chemical defenses against

predators

• Nowadays we have more

access to the marine

biodiversity (SCUBA,

Submarines)Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 8: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Marine Organisms are a rich source of

natural products

Sponges Cnidarians Ascidians Echinoderms

Mollusks Microorganisms Cyanobacteria Bryozoans

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Hot spots of marine biodiversity

Amarillo = poca riqueza de especies/ naranja = rico/ rojo = muy rico/ rojo oscuro =

regiones con muchas especies endémicas (= hotspots) Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Marine organisms have provided more

than 20,000 compounds over last 50 years

• All main types of natural products found in

land can be found in marine environments

• More than 500 new compounds/year were

isolated from marine sources over the last

decade, and about 1000 were reported since

2008 to the present.

• Several terpenoid-carbon skeletons are

exclusively marine

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Temporal trend in the number of new

MNP (2001-2011)

Blunt, J. et al., Marine Natural Products, Nat. Prod. Rep. 2002-2013

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

• More access to the oceans

• Powerful spectroscopic techniques (NMR, MS )

• Growing interest from scientists

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Novel compounds isolated between

1985 and 2008

Hu, G.P., et al., Mar. Drugs, 2011, 9, 514-525

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Marine Natural products isolated in 2011

Blunt, J. W. et al., Nat Prod. Rep 2013, 30, 237-323Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 14: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

What happened with all these marine

compounds?

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 15: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Stories of success:

There are four anticancer MNP in

the market!

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Cytarabine (Ara-C)

Status: FDA Approved

O

OH

HOOH

N

N

O

NH2

Arabinofuranosyl Cytosine

Ara-C, MNP derivative

Source: Sponge (Criptotethya crypta)

Disease area: Acute myeloid leukemia and non-Hodgkin lymphoma.

Molecular target: DNA polimerase

O

OH

HOOH

N

HN

O

O

Spongouridine

MNP

Criptotethya crypta

Isolated in early 50sApproved 1969

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Trabactedin (ET743)

Status: FDA Approved

N

N

O

O

HO

O

OH

NH

HO

O

SO

O

AcO H

Ecteinascidin-743 (Yondelis®)

Source: Tunicate (Ecteinascidia turbinata)

Disease area: Soft tissue sarcoma and ovarian cancer

Molecular target: Minor groove of DNA

Ecteinascidia turbinata

Isolated 1986

Approved 2007

There was gap of

38 years in anticancer

MNP drug discovery!

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Eribulin Mesylate (Halaven)

Status: FDA Approved

O

OO

O

O

O

HO

HO

HO

H

H

H

H

H O

OO

O

O

O

OO

O

H

H

OO

O

O

O

OO

O

H

HO

O

H2N OH

Halichondrin B E7389 (Eribulin)

Source: Sponge (Halichondria okadai)

Disease area: Late stage matastatic breast cancer

Molecular target: Microtubules

Isolated in 1986 (32 stereocenters) Marketed in 2010

(19 stereocenters)

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 19: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Brentuximab vedotin

(SGN-35)

Status: FDA Approved

Monomethylauristatin E

HN

NN

HN

OO

O

N

O

O

O

NH

HN

NH

O

NH

H2N O

O

O

NO O

OH

O

O

SAbm

HN

NN

HN

OO

O

N

O O O

N

S

Dolastatin 10

Isolated in 1987

Source: Mollusk (Dolabella auricularia)

Disease area: Hodgkin’s lymphoma, anaplastic large cell lymphoma

Molecular target: CD30 and microtubules

Approved 2011

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 20: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Brentuximab vedotin Structure

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Brentuximab vedotin mechanism of action

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Compounds in phase I-III Clinical trials

11 MNP under study

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 23: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Plitidepsin (Aplidine)Status: Phase III

Source: Tunicate (Aplidium albicans)

Disease area: solid tumors and non-Hodgkin’s lymphoma

Molecular target: Rac1 and JNK activation

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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ECHELON-1: front-line Hodgkin lymphoma in combination with chemotherapy

ECHELON-2: front-line CD30-positive mature T-cell lymphomas in combination with

chemotherapy

ALCANZA : trial for relapsed CD30-positive cutaneous T-cell lymphoma

Brentuximab vedotin (SGN-35)

HN

NN

HN

OO

O

N

O

O

O

NH

HN

NH

O

NH

H2N O

O

O

NO O

OH

O

O

SAbm

Status: Phase III

MMAE

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 25: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

1. Relapsed/refractory CD30-positive non-Hodgkin lymphomas

2. Frontline Hodgkin lymphoma in patients 60+

3. Frontline diffuse large B-cell lymphoma (+ RCHOP)

4. CD30-positive non-lymphoma malignancies

5. Retreatment of CD30-positive hematologic malignancies

Brentuximab vedotin (SGN-35)

HN

NN

HN

OO

O

N

O

O

O

NH

HN

NH

O

NH

H2N O

O

O

NO O

OH

O

O

SAbm

Status: Phase II

MMAE

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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ADC with MMAF

SGN-75:Renal cell carcinoma (+ everolimus)

SGN CD19A: Acute lympoblastic leukemia, Non-Hodgkin lymphoma

HN

NN

OO

O

N

O

O

O

NH

HN

NH

O

NH

H2N O

O

O

NO O

O

O

SAbm

HN OH

O

Status: Phase II

HN

NN

HN

OO

O

N

O O O

N

S

Dolastatin 10

Monomethylauristatin F

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 27: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Plinabulin (NPI 2358)Status: Phase II

Source: Fungus(Aspergillus ustus)

Disease area: non-small cell lung cancer

Molecular target: Microtubules and JNK stress protein

Phenylahistin (NP)

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 28: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

ElisidepsinStatus: Phase II

F3C O-

O

NH3+

Source: Mollusk (Aplidium albicans)

Disease area: non-small cell lung cancer

Molecular target: Plasma membrane fluidity

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Zalypsis (PM00104)Status: Phase II

N

N

O

O

HO

O

OH

NH

HO

O

SO

O

AcO H

N

N

O

O

HO

O

OH

AcO

H

NH

O

F

F

FC

CA

B

Source: Nudibranch (Jorunna funebris)

Disease area: Multiple mieloma, bladder and Ewing sarcoma

Molecular target: Plasma membrane fluidity

Yondelis

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Trabactedin analog (PM01183)Status: Phase II

N

N

O

O

HO

O

OH

NH

HO

O

SO

O

AcO H

N

N

O

O

HO

O

OH

NH

S

O

O

AcO H

NH

O

Source: Tunicate (Ecteinascidia turbinata)

Disease area: Resistant ovarian cancer, lung, breast and pancreatic cancer

Molecular target: Minor groove of DNA, Nucleotide Excision Repair

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Marizomib (Salinosporamide A)Status: Phase I

NH

OO

Cl

O

HO

Source: Bacteria(Salinispora tropica)

Disease area: multiple myeloma

Molecular target: 20S proteasome

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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ASG-22MEStatus: Phase I

Monomethylauristatin E

HN

NN

HN

OO

O

N

O

O

O

NH

HN

NH

O

NH

H2N O

O

O

NO O

OH

O

O

SAbm

Source: Mollusk (Dolabella auricularia)

Disease area: Solid tumors

Molecular target: Nectin-4

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Hemiasterlin derivative (E7974)Status: Phase I

NH

N CO2H

N NH

O

O

NH

N CO2H

O

O

N

Hemiasterlin

Source: Sponge (Hemiasterella minor)

Disease area: solid tumors

Molecular target: Microtubules

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Bryostatin 1Status: Phase I

O O

O O O

HO

O

O

OH

O

OOH

O

O

O

O

HO

Source: Briozoan (Bugula neritina)

Disease area: Solid tumors, colorectal metastatic cancer

Molecular target: Microtubules

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 35: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Role of symbiotic microorganisms as

source of MNP

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Yondelis®

Eitenascidia turbinata

ET-743

N

N

O

O

HO

O

OH

NH

HO

O

SO

O

AcO H

Soft tissue sarcoma

and ovarian cancer

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 37: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

N

N

O

O

O

OHO

O

O

O

NH

O

S

OHH

HH

HO

N

N

O

O

O

O

CNH

HH

O

O

NH

O

O

N

N

O

O

O

OHH

HH

O

NH

O

HO

OH

O

NH2

N

N

O

O

O

OHH

HH

O

NH

O

HO

NH2

Streptomyces lavendulae Myxococcus xanthus Pseudomonas fluorescens

Candidatus Endoecteinascidia frumentensis

Rath, C. M. et al., ACS Chem. Biol. 2011, 6, 1244–1256 Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 38: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Gerwick, W. H.; Moore, B.S. Chemistry & Biology 2012, 19, 85-98.

Compound name Collected source

organisms

Predicted biosynthetic

source

Disease area

Cytarabine (Ara-C) Sponge Bacterium Cancer

Eribulin Mesylate Sponge Bacterium Cancer

Trabactedin (Yondelis) Tunicate Bacterium Cancer

Brentuximab vedotin Mollusk Cyanobacterium Cancer

Virabidine (Ara-A) Sponge Bacterium Antiviral

Ziconotide Cone Snail Mollusk Pain

Omega-3-acid ethyl

esters

Fish Microalgae Hypertrigliceridemia

Marine Natural products and MNP derivatives that are

FDA approved rre most likely produced by microorganisms

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 39: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Gerwick, W. H.; Moore, B.S. Chemistry & Biology 2012, 19, 85-98. Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

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Sources of compounds in Market or

clinical trials (20 total-7 in market)

Gerwick, W. H.; Moore, B.S. Chemistry & Biology 2012, 19, 85-98.

Collected source Predicted source

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 41: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Conclusions

1. Of approximately 22,000 MNP isolated, there are 7 drugs in

the market. This means about 1 drug per 3140 MNP

described.

2. There is a very rich pipeline of MNP/MNP-derivatives in

cancer with 11 compounds in preclinical trials

3. Drugs from the sea have indeed became a reality and oceans

and their organisms have proven to be a rich source of drugs

4. There are many niches and marine organisms unexplored and

for sure there are many more drugs in the oceans waiting to

be discovered

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP

Page 42: Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer · Productos naturales marinos como fuente de agentes anticáncer ... Talk Overview 1. Facts about cancer 2. Marine

Obrigado

Marcelino Gutiérrez-INDICASAT-AIP