Antracicline

FARMACI ANTITUMORALI

I farmaci antitumorali mirano a colpire cellule in rapida proliferazione come le cellule tumori. Il tumore è un processo patologico che

nasce dall’accumulo progressivo di mutazioni nel DNA di una cellula. Queste mutazioni possono essere causate da:

• Fattori ambientali = come agenti chimici (fumo, amianto), radiazioni (i raggi UV vengono assorbiti dalle basi (=eccita i loro

elettroni), tra le reazioni più comuni c’è la formazione di dimeri di timina che quindi non appaiono più in maniera corretta con le

adenine, e se il danno non viene riparato dai meccanismi cellulari melanoma)

→

• Virus = integrano il loro genoma nella cellula ospite e possono indurre a mutazioni

• Fattori genetici

Le mutazioni colpiscono due tipi di geni:

- gli oncogeni, che favoriscono la crescita cellulare

- gli oncosopressori, che bloccano la crescita, esempio apoptosi

Quindi: la cellula iniziale si moltiplica formando prima un’iperplasia (=aumento del numero di cellule), poi una displasia (=stadio

successivo, le cellule iniziano a presentare alterazioni sia morfologiche che funzionali), fino ad arrivare al cancro in situ. Man mano

che accumula mutazioni, il tumore stimola la formazione di nuovi vasi sanguigni per nutrirsi (angiogenesi) e diventa capace di

invadere antri tessuti (metastasi). Quando la chirurgia non può più intervenire, diventa fondamentale la terapia farmacologica.

In generale, il legame tra farmaco-bersaglio può avvenire:

- direttamente all’acido nucleico cisplatino

→

- nell’interfaccia DNA-proteina antraciclina

→

- alle proteine deputate al processamento del DNA metotressato, 5-fluorouracile

→ ANTRACICLINE

Le antracicline sono una classe di molecole antitumorali naturali, isolate da batteri del genere

Streptomyces. Agiscono come veleni per la topoisomerasi II. Le topoisomerasi sono enzimi che

districano il DNA replicato. Il DNA tende ad aggrovigliarsi o arrotolarsi su sé stesso, creando

superavvolgimenti che devono essere risolti per permettere di leggere o copiare correttamente

l’informazione genetica. Le topoisomerasi svolgono proprio questa funzione: tagliano

temporaneamente uno o entrambi i filamenti del DNA, rilasciano lo stress causato

dall’arrotolamento, e poi ricuciono il DNA esattamente nel punto in cui è stato tagliato. Le

topoisomerasi possono suddividersi in 2 famiglie:

• Topoisomerasi di tipo I: tagliano un solo filamento di DNA per volta, rilasciano la tensione

torsionale e poi ricuciono il filamento.

• Topoisomerasi di tipo II: tagliano contemporaneamente entrambi i filamenti di DNA.

Tutti gli organismi contengono almeno una topoisomerasi di tipo I e una di tipo II.

Quindi quello che fa è di idrolizzare il legame fosfodiestereo e lo fa mettendo in gioco una tirosina, il cui gruppo OH agisce da

nucleofilo e attacca il legame fosfodiestereo tra 2 nucleotidi. Affinché avvenga questa reazione interviene il catione metallico Mg2+

che è in grado di coordinare una molecola d’acqua favorendo l’attacco nucleofilo trasforma OH in un nucleofilo + forte

→

Si forma un intermedio la cui carica negativa sull’O di P è stabilizzato da diversi aa (Arg, Lys). His funge da acido, protonando O di

OH dell’estremità 5’ per facilitarne il distacco. Mg2+ si coordina direttamente con O2 del legame che si sta rompendo facilitando la

rottura del legame fosfodiestere.

OH in 5’ del DNA attacca il legame fosfotirosina e il legame fosfodiestereo viene ripristinato e l’enzima viene rilasciato per un nuovo

ciclo.

La topoisomerasi 2 è caratterizzata da diversi domini:

- Dominio che lega ATP

- Dominio TOPRIM, è un dominio strutturale

- Dominio catalitico, che presenta la tirosina

- Dominio che riconosce il DNA.

Topoisomerasi 2 lavora come un dimero, cioè è formato da due subunità associate che si comportano come due pinze coordinate.

1- Topo riconosce e lega un 1° segmento di DNA a doppio filamento, chiamato filamento G

2- ATP si lega al dominio ATPasi dell’enzima modifica conformazionale topo cambia forma, si chiude a formare una secie di

→ →

asola capace di catturare il 2° segmento di DNA, il filamento T

3- Topo usa tirosina per scindere i legami fosfodiesteri di entrambi i filamenti del filamento G. il taglio non è perfettamente

perpendicolare alla catena ma è sfalsato di circa 3 nucleotidi

4- il filamento T viene trasferito attraverso l’apertura

5- ricucitura

6- Vengono rilasciati ADP + P e il filamento T viene liberato da Topo nuovo ciclo

→

Durante tutti questi passaggi, topo rimane covalentemente legato al DNA, in modo che non venga degradato dalle nucleasi

Inibitori molecole che bloccano l’enzima

→

Veleni bloccano il ciclo della topoisomerasi nel momento in cui essa ha tagliato il DNA

→

Per comprendere quali molecole bloccano la topoisomerasi analisi su gel elettroforesi fatte su gel di agarosio. Si prende il DNA

→

superavvolto e lo si pone in un gel agarosio, si applica una ddp ed essendo il DNA carico negativamente, corre verso il catodo. Più

è superavvolto, più velocemente corre lungo la matrice, ma quando trattato con la topoisomerasi, che lo rilassa, la velocità diminuisce.

Le antracicline sono costituite da un sistema di 3 anelli aromatici coniugati, un anello saturo e uno zucchero (si lega a solco minore

DNA). l’interazione tra antraciclina e DNA è dovuta a:

• interazioni ioniche il gruppo amminico presente sulla molecola, a pH fisiologico è protonato, quindi carico positivamente, questo

→

gli permette di interagire in modo forte con i gruppi fosfato del DNA, che sono invece carichi negativamente.

• legami a idrogeno

• interazioni idrofobiche tra il sistema aromatico e le basi del DNA. Inoltre il sistema aromatico è responsabile dell’intercalazione

→

tra le basi del DNA. Questo già di per sé ostacola processi come l’apertura della forcella replicativa cellula interpreta come un

→

segnale di danno, attiva risposte pro-apoptotiche.

• è presente un sistema idrossichinonico, capace di coordinare ioni magnesio (Mg²⁺) il magnesio non riesce più a svolgere

→

correttamente il suo ruolo catalitico.

Questi conferiscono alle antracicline un’affinità elevatissima per il DNA.

Antraciclina occupa fisicamente lo spazio in cui dovrebbe avvenire la ricongiunzione dei filamenti. Si forma così un complesso ternario

stabile costituito da antraciclina, DNA tagliato e topoisomerasi II. Questo complesso blocca l’enzima e porta all’accumulo di rotture a

doppio filamento, che la cellula non riesce a riparare efficacemente, portando infine alla morte cellulare.

Questi farmaci funzionano molto bene, ma presentano dei problemi:

1) si legano anche al DNA delle cellule sane che si replicano velocemente come quelle presenti nei bulbi dei capelli e le cellule delle

mucose. Ecco perché gli effetti collaterali sono la perdita dei capelli e il danno alle mucose.

2) presentano un’elevata cardiotossicità. Questo è dovuto essenzialmente a 2 motivi:

- la molecola presenta un doppio sistema idrossichinonico, che può spesso sottostare a reazioni redox, supportate da flavoproteine

per produrre radicali. Generalmente i radicali vengono neutralizzati da diversi sistemi presenti nel nostro organismo come il

superossido dismutasi, che però è povero a livello del tessuto cardiaco.

- esistono due forme di topoisomerasi: IIα e la IIβ. La topoisomerasi IIα è principalmente associata alle cellule in proliferazione, quella

IIβ, invece, è espressa anche in cellule non proliferanti, come il cuore. Il problema è che le antracicline non distinguono tra queste

due isoforme: inibiscono sia la IIα sia la IIβ.

Si è cercato quindi di modificare la molecola per diminuire l’effetto cardiotossico.

Il MITOXANTRONE mantiene il sistema aromatico e la porzione idrossichinonico, fondamentali

sia per l’intercalazione sia per l’interazione con la topoisomerasi, ma al posto dello zucchero

presenta due catene idrossietilamminiche. Queste, grazie agli atomi di azoto protonati, formano

interazioni ioniche con i gruppi fosfato del DNA. Il farmaco è efficace ed è utilizzato in clinica

(ad esempio in alcuni tumori solidi e nelle leucemie), ma non risolve completamente il problema

principale: la cardiotossicità. Questo perché il sistema idrossichinonico è ancora presente e

può andare incontro a reazioni redox, generando specie radicaliche dannose.

Quindi è stato sviluppato il PIXANTRONE in cui sono stati eliminati alcuni gruppi ossidrilici

responsabili della coordinazione del ferro (e quindi della formazione di radicali) ed è stato

sostituito un carbonio con un atomo di azoto in posizione 2. Questo cambia il potenziale redox

della molecola, mantenendo l’attività nei confronti della topoisomerasi. Questo farmaco ha le

stesse indicazioni del mitoxandrone, ma genera meno problemi a livello cardiaco.

TOPOISOMERASI 1

Esistono 2 isoforme della topoisomerasi I:

• topoisomerasi Iα fa taglio, il filamento complementare passa nel buco creato e si ricuce, allo stesso modo della topoisomerasi II

→

• topoisomerasi Iβ l’enzima si lega al DNA e taglia un filamento, e permette al DNA di ruotare attorno al filamento integro, questa

→

rotazione rilascia la tensione accumulata, e infine il filamento viene ricucito.

Un veleno per la topoisomerasi 1 in particolare di Iβ è la CAMPTOTECINA, una molecola

naturale, estratta dalla Camptotheca acuminata. L’azione della camptotecina si esplica in

particolare sul filamento tagliato, in quanto impedisce a quest’ultimo di ruotare attorno al

filamento integro e di conseguenza elimina la possibilità di ricucire i due filamenti.

Si tratta di una specie priva di uno gruppo zuccherino e avente un anello lattonico

abbastanza stabile (= il lattone è un estere ciclico, e si può facilmente idrolizzare). Questo

per noi rappresenta un problema. Infatti, nonostante si passi da una forma poco solubile

(camptotecina) ad una molto solubile (forma idrolizzata), qu