4 Acidi nucleici come bersaglio di farmaci

AGENTI ALCHILANTI

Classe di farmaci antitumorali che ha come bersaglio il DNA, in particolare esercita un’azione

citotossica tramite alchilazione sul DNA.

Sono farmaci antitumorali non ciclo e non fase specifici ossia non esercitano la loro azione tossica

solo sulle cellule che si trovano nel ciclo cellulare e solo in una particolare fase del ciclo cellulare

ma su tutte le cellule indistintamente. Dal punto di vista dell’effetto sul tumore ciò è un vantaggio



perché tutte le cellule sono potenziali bersagli; dal punto di vista della tossicità, è uno svantaggio

perché sono farmaci molto tossici in quanto esplicano la loro azione citotossica anche sulle cellule

in quiescenza proliferativa.

Un’alchilazione è una qualsiasi reazione che porta all’addizione di un gruppo alchilico (-CH ,

2

-CH CH …) ad una molecola.

2 3

I punti più frequenti di alchilazione sono l’N in posizione 7 della guanina e l’O in posizione 6 della

guanina, in quanto sono addotti fortemente stabili in grado di attivare nella cellula il pathway

apoptotico.

Gli agenti alchilanti possono essere suddivisi dal punto di vista farmacologico in 2:

_ Monofunzionali: 1 gruppo in grado di mediare i processi di alchilazione sul DNA (in genere

non sono in grado di dare addotti in termini di numero e di stabilità sufficienti per attivare nelle cellule

tumorali il pathway apoptotico e sono anche facilmente riparabili dai sistemi di riparazione della

cellula)

_ Bifunzionali: 2 gruppi in grado di mediare i processi di alchilazione sul DNA

I possibili esiti dell’alchilazione sono: formazione di legami crociati nel DNA, scissione dell’anello,

appaiamento anomalo delle basi (guanina alchilata unita da legami idrogeno alla timina), distacco

della base alchilata dal DNA.

Per ogni danno indotto, esiste un sistema privilegiato di riparazione del danno stesso, e molto

spesso i tumori esposti al trattamento con agenti alchilanti divengono in corso di trattamento

resistenti perché upregolano tra i sistemi di riparazione quelli specifici per riparare il danno da

alchilazione indotto da quello specifico agente alchilante con cui sono trattati.

L’effetto terapeutico degli agenti alchilanti dipende dal grado di alchilazione subìto dal DNA

delle cellule tumorali e dalla velocità di riparazione delle cellule tumorali.

Un tumore a crescita lenta, a parità di grado di alchilazione indotto dall’agente alchilante, ha una >

probabilità di riparare il danno indotto rispetto a un tumore a crescita rapida perché le cellule

tumorali hanno tempo per riparare il danno e quindi sono meno responsivi al trattamento con

l’agente alchilante; viceversa, un tumore a crescita rapida, a parità di grado di alchilazione indotto

dall’agente alchilante, ha una < probabilità di riparare il danno indotto rispetto a un tumore a

crescita lenta perché le cellule tumorali non hanno tempo per riparare il danno e quindi sono

maggiormente responsivi al trattamento.

Per avere una cura efficace, si deve utilizzare un agente alchilante che causi un danno al

DNA molto importante in grado di innescare nelle cellule tumorali l’attivazione del pathway

apoptotico e su tumori con un rate proliferativo molto elevato.

Tumori di questo tipo sono in realtà curati con farmaci ciclo-specifici. L’uso degli agenti alchilanti

diviene importante quando i tumori diventano resistenti ai farmaci ciclo-specifici.

TOSSICITA’

Il problema della tossicità degli agenti alchilanti nei confronti delle cellule dell’intero organismo, può

essere bypassato in 3 modi:

1. Evitare una somministrazione sistemica dell’agente alchilante utilizzando la

somministrazione locale ove sia possibile raggiungere la massa tumorale.

X es. trattamento del tumore alla vescica (utilizzando un catetere), del glioblastoma: dopo

la rimozione del glioblastoma, nell’area dove è stato asportato vengono inseriti dei wafer

imbevuti di agente alchilante che andranno ad uccidere le eventuali cellule tumorali rimaste

evitando la recidiva (in questo caso la carmustina). Ciò fa sì che la dose venga rilasciata

localmente.

2. Coniugazione dell’agente alchilante con una molecola che ne permette il

direzionamento selettivo verso le cellule tumorali.

X es. Estramustina: agente alchilante coniugato all’estrogeno. Questa coniugazione

permette all’agente alchilante, dopo somministrazione sistemica, di arrivare in maniera

selettiva alle cellule tumorali caratterizzate dall’overespressione dei recettori per gli

estrogeni.

Viene utilizza per la cura del cancro al seno ormone-dipendente.

X es. Melphalan: agente alchilante coniugato alla fenilalanina. Questa coniugazione

permette all’agente alchilante, dopo somministrazione sistemica, di accumularsi

preferenzialmente all’interno delle cellule di melanoma caratterizzate da un sistema di

trasporto per la fenilalanina molto attivo. Viene utilizzato per la cura del melanoma.

3. Somministrazione dell’agente alchilante come profarmaco : es. ciclofosfamide e

temozolomide.

La ciclofosfamide è un profarmaco che, una volta somministrato, viene biotrasformato dal

sistema del citocromo P450 epatico in due metaboliti attivi: la 4-idrossiciclofosfamide e

l’aldofosfamide.

Il primo viene ulteriormente biotrasformato in un metabolita inattivo (che verrà eliminato

dall’organismo), mentre il secondo può seguire due vie biotrasformative: una via

enzimatica catalizzata dall’aldeide deidrogenasi in cui l’aldofosfamide viene convertita in

un metabolita inattivo chiamato carbossifosfamide (che verrà eliminato dall’organismo) e

un’altra via non enzimatica favorita da particolari condizioni del microambiente tumorale (x

es. acidità) in cui l’aldofosfamide viene convertita in due metaboliti tossici ossia gli agenti

alchilanti, la fosfaramide mostarda e acroleina.

La differenza sostanziale tra la ciclofosfamide e la temozolomide come profarmaci è che la

prima subisce biotrasformazioni enzimatiche e non, la temozolomide subisce

biotrasformazioni esclusivamente non enzimatiche.

La temozolomide ha la capacità di attraversare la barriera emato-encefalica e perciò viene utilizzata nel

trattamento del glioblastoma.

Il 67% delle lesioni indotte sul DNA dalla temozolomide va a metilare l’azoto in posizione 7 della guanina, 8%

va a metilare l’ossigeno in posizione 6 della guanina.

RESISTENZA

Distinzione tra tumori intrinsecamente resistenti e tumori estrinsecamente resistenti (> parte

dei casi).

I primi sono i tumori che, senza mai essere stati esposti ad alcun farmaco antineoplastico, non

sono sensibili a quella specifica classe di farmaci.

Questi tumori vengono genericamente determinati all’inizio del trattamento farmacologico e perciò il paziente viene

sottoposto solo al trattamento con i farmaci verso cui il tumore risulta sensibile.

I secondi sono tumori che, all’inizio del trattamento erano sensibili all’azione del farmaco

antineoplastico somministrato, e che poi, sotto pressione selettiva del trattamento farmacologico,

sono diventati resistenti all’azione di quel farmaco, in quanto delle cellule tumorali che

casualmente avevano messo in atto delle mutazioni che conferivano loro un fenotipo resistente,

hanno preso il sopravvento e sono andate avanti a proliferare.

I meccanismi molecolari di resistenza messi in atto dalle cellule tumorali sono 4:

1. Upregolazione dell’espressione dell’aldeide deidrogenasi.

Una maggior quantità di aldofosfamide sarà inattivata dall’aldeide deidrogenasi e solo una

 minor quantità di aldosfamide sarà biotrasformata in metaboliti alchilanti.

È quindi un meccanismo di resistenza nei confronti della ciclofosfamide.

Strategie farmacologiche per bypassare questo meccanismo di resistenza:

- Somministrare un inibitore selettivo dell’aldeide deidrogenasi nelle cellule tumorali

(decrementare l’attività dell’aldeide deidrogenasi a livello fisiologico, soprattutto a livello epatico,

significherebbe dare origine a fermenti tossici nella via di conversione degli alcoli). Questo tipo

di inibitori selettivi non è ancora stato trovato.

- Somministrare una dose maggiore di ciclofosfamide in modo da avere più aldofosfamide e

quindi una maggiore quantità di metaboliti tossici.

2. Incremento dei meccanismi di detossificazione basati su molecole nucleofile come x es.

il glutatione. In questo caso, la cellula tumorale upregola l’espressione della glutatione s-

transferasi, che catalizza la coniugazione del glutatione con gli agenti alchilanti.

Una buona quantità dell’agente alchilante viene inattivato e quindi reso indisponibile all’effetto di

danno sul DNA.

Strategie farmacologiche per bypassare questo meccanismo di resistenza:

- Somministrazione di acido etacrinico: inibisce la glutatione s-transferasi, che coniuga il

glutatione con gli agenti alchilanti.

Con questa strategia impattiamo non solo sulle cellule tumorali ma anche sulla attività

fisiologica epatica, perché la glutatione s-transferasi è un enzima coniugativo di fase II

importante per la detossificazione da xenobiotici. ƴ

- Somministrazione di L-butionina sulfoximina: inibisce la -glutammina sintetasi, il primo

enzima della via di sintesi del glutatione.

3. Diminuzione della permeabilità della cellula tumorale nei confronti dell’agente alchilante

dovuta a mutazioni nei geni che codificano per trasportatori che mediano l’ingresso del

farmaco nella cellula / La cellula tumorale può esprimere de novo delle proteine di

membrana che mediano un efflusso attivo del farmaco.

Nella cellula non c’è un accumulo sufficiente di farmaco che causa un danno al DNA molto

importante in grado di innescare nelle cellule tumorali l’attivazione del pathway apoptotico.

4. Incremento dei sistemi di riparazione del DNA deputati a riparare uno specifico danno

indotto da uno specifico agente alchilante.

È un meccanismo di resistenza che viene più comunemente messo in atto nei glioblastomi umani

di pazienti sotto trattamento con temozolomide: la cellula tumorale overesprime la metil-guanina-

metil-transferasi (MGMT) ossia l’enzima che catalizza la rimozione dei gruppi metili dalla guanina

vanificando l’effetto della temozolomide .

(la temozolomide induce la metilazione della guanina)

Questo esempio specifico vale per tutti i sistemi di riparazione endogeni deputati alla riparazione di uno specifico danno

indotto da uno specifico agente alchilante.

Strategia farmacologica per bypassare questo meccanismo di resistenza: O -benzil guanina, è un

6

inibitore selettivo della MGMT e agisce da pseudosubstrato legando MGMT e trasferendo

covalentemente il suo gruppo benzilico