Lezione 9 Biochimica applicata

ATTIVATORE TISSUTALE DEL PLASMINOGENO (t-PA)

Il t-PA è un farmaco che viene utilizzato in associazione con la streptochinasi batterica per

permettere l'attivazione del plasminogeno.

Il t-PA è una serin-proteasi umana, prodotta in commercio a partire da ceppi di E. coli

ingegnerizzati (proteina ricombinante), in grado di dissolvere i coaguli nel sangue di pazienti

colpiti da infarto del miocardio.

Il t-PA prodotto in E.coli, però, NON è perfettamente identica alla proteina umana poiché i sistemi

di espressione batterici non consentono di operare tutte le modifiche post-traduzionali necessarie

per le proteine (che si identificano invece nel caso delle proteine prodotte nelle cellule umane).

Sia il t-PA sia la streptochinasi causano emorragie perché agiscono come F anticoagulanti.

Nel caso di pazienti sensibili ad emorragie, è necessario prestare molta attenzione.

2. MALATTIA DI GAUCHER

Le malattie metaboliche sono malattie difficili da curare; esse sono patologie in cui o manca un

enzima metabolico oppure in cui esso viene prodotta in forma alterata (inattiva o poco attiva).

Le malattie metaboliche sono rare e colpiscono solitamente la prima infanzia.

La malattia di Gaucher è una malattia dovuta ad una mutazione nel gene codificante la

glucocerebrosidasi (enzima); in effetti, in tale malattia si osserva l'assenza della funzione di questo

enzima con conseguente accumulo dei glucocerebrosidi all'interno dei lisosomi cellulari di diversi

tessuti.

Questo accumulo (che si verifica solitamente nel fegato, nella milza e nel midollo osseo) causa la

distruzione del tessuto coinvolto nell'accumulo.

Tale malattia si manifesta nella prima infanzia; i sintomi sono molto gravi e spesso si può avere una

mortalità precoce.

Per curare questa patologia è possibile utilizzare una terapia enzimatica sostitutiva ovvero si

procede con la somministrazione del paziente l'enzima mancante.

Questa terapia, però, deve essere condotta per tutta la vita quindi non è una terapia definitiva.

Tuttavia questa terapia può portare a dei problemi di tossicità perché:

si somministra ai pazienti una proteina ricombinante che viene prodotta in sistemi di

• espressione (eucariotici/procariotici) ovvero si somministra una proteina che rappresenta

una proteina estranea all'organismo umano

si deve mandare la proteina nel distretto in cui la sua assenza ha un impatto più

• significativo ma ciò non è sempre semplice: è molto difficile, ad esempio, indirizzare la

proteina al cervello perché è difficile far si che esso oltrepassi la barriera ematoencefalica

la proteina somministrata potrebbe essere degradata e quindi non raggiungere il tessuto di

• interesse nella concentrazione adeguata (anche questo costituisce un problema di tossicità).

In effetti, la proteina in circolo potrebbe essere eliminata

La terapia enzimatica sostitutiva nel caso della malattia di Gaucher può garantire una reversione dei

sintomi consentendo un miglioramento della vita del paziente.

Tuttavia, la terapia enzimatica sostitutiva non consente di far guarire il paziente perché essi non

sono comunque in grado di produrre correttamente l'enzima.

Per poter ottenere una guarigione completa di suddetti pazienti si dovrebbe operare una terapia

genica cioè correggere la mutazione genica.

Tuttavia, al giorno d'oggi la terapia genica è molto limitata e non è applicabile per la cura della

maggior parte delle malattie genetiche.

E' possibile quindi utilizzare una soluzione alternativa; essa consiste nel prelevare le cellule

staminali dal midollo osseo del paziente, modificare in esse il gene contenente la mutazione in

modo da inserire la sequenza corretta e poi reinfondere (rinfusione) le cellule all'interno del

paziente.

Anche in questo caso, però, si tratta di un trattamento che deve essere condotto per tutta la vita del

paziente perché NON si corregge la mutazione ma si producono cellule che non la presentano.

Inoltre, tali strategie terapeutiche sono terapie estremamente costose (e il costo aumenta se si

considera che devono essere condotte per tutta la vita del paziente).

3. ASPARAGINASI

La terapia a base di asparaginasi viene utilizzata per il trattamento della Leucemia Linfoblastica

Acuta (ALL).

Tale enzima catalizza la conversione dell’amminoacido L-asparagina ad acido aspartico e NH3.

Leucemia linfoblastica acuta

La ALL è una malattia maligna (clonale) a carico del midollo osseo in cui i precursori precoci della

linea linfoide proliferano e sostituiscono le normali cellule ematopoietiche del midollo.

Blasti leucemici possono essere presenti al momento della diagnosi non solo a livello del midollo

ma anche a livello di timo, fegato, milza, linfonodi e sistema nervoso centrale.

Frequenza: è la forma più comune di leucemia nei bambini. Negli adulti è meno frequente rispetto

alla leucemia mielogena acuta.

Negli USA l’incidenza annua è di 30 casi per milione di abitanti, con un picco di incidenza in

pazienti di età compresa fra i 2 e i 5 anni.

Mortalità: solo il 20-40% degli adulti affetti da ALL rispondono ai trattamenti farmacologici.

La mortalità è quindi molto elevata.

Sesso: la ALL è leggermente più frequente negli uomini che nelle donne.

Età: la ALL è più comune nei bambini che negli adulti.

La ALL colpisce solitamente i bambini (0-5 anni); è una malattia pediatrica.

Trattamenti attuali: i trattamenti attuali per la ALL prevedono:

chemioterapia: vincristina e daunorubicina

• radioterapia

• trapianto di midollo osseo: rappresenta l'ultima possibilità.

• Si richiede di trovare un donatore di midollo osseo compatibile

terapia a base di asparaginasi

•

Perché si utilizza la asparaginasi per la ALL?

Alcune cellule leucemiche mancano dell’enzima asparagina-sintetasi e non essendo dunque in

grado di produrre questo aminoacido essenziale in quantità sufficienti a mantenere la vitalità

cellulare, lo assumono direttamente dal sangue del paziente.

(l'enzima asparaginasi-sintetasi è quello deputato alla produzione dell'aa asparagina)

La somministrazione intravenosa di asparaginasi abbassa i livelli di asparagina nel sangue,

causando una diminuzione della vitalità delle cellule tumorali.

L'effetto dell'asparaginasi è molto più evidente nei confronti delle cellule tumorali poiché queste

non producono l'enzima asparagina-sintetasi.

Questo dimostra come la ricerca di base sia importante per lo sviluppo di terapie farmacologiche.

Problemi nella somministrazione di enzimi

I problemi della terapia enzimatica sostitutiva sono:

il dosaggio: quanto enzima mi serve

• le reazioni di tossicità e immunogenicità: da queste non è impossibile prescindere

• effetti collaterali eventuali

•

Utilita' terapeutica degli enzimi

Affinché gli enzimi siano utili dal punto di vista terapeutico è necessario:

Quantità adeguate: gli enzimi devono essere in quantità adeguate

• Tempi di emi-vita: le proteine devono avere un'emivita sufficiente per poter svolgere la loro

• funzione.

Si ricordi che le proteine sono molecole attaccabili dalle proteasi

Risposta immunitaria: le proteine devono eludere la risposta immunitaria

• Trasporto di specifici enzimi ai tessuti bersaglio: le proteine devono arrivare nel sito in

• cui devono svolgere la loro funzione.

Le proteine devono raggiungere il tessuto bersaglio in forma funzionale (attiva)

Stabilizzazione delle proteine

E' possibile aumentare l'emivita delle proteine in circolo.

Un aumento della stabilità degli “enzimi terapeutici” può essere ottenuto accoppiandoli a matrici

solide e impiantando questi materiali in aree caratterizzate da una buona perfusione.

(difficile la distribuzione a livello del SNC per la presenza della barriera ematoencefalica).

La stabilizzazione delle proteine permette di aumentare la emivita delle proteine ma anche di ridurre

l'insorgenza di risposte immunitarie e di ridurre la degradazione delle stesse ad opera delle proteasi.

Il PolyEthylene Glycole (PEG) è stato coniugato alla L-asparaginasi su siti che non sono coinvolti

nel sito attivo dell’enzima.

Questo rende possibile il libero accesso dell’asparagina (substrato), una piccola molecola, al sito

catalitico ma previene l’uptake della asparaginasi da parte del sistema reticolo-endoteliale,

diminuendo molto la probabilità di sviluppare anticorpi e prolungando l’emivita del farmaco in

circolo.

L'utilizzo del PEG associato alla asparaginasi ha permesso di migliorare la prognosi dei pazienti

affetti da leucemia linfoblastica acuta.