5 Proteine strutturali come bersaglio di farmaci

Proteine strutturali come bersaglio di farmaci

Tra le proteine strutturali bersaglio di farmaci c’è la β-tubulina; essa è bersaglio di una classe di farmaci antitumorali ad azione antimitotica rappresentata da due sottoclassi:

• Alcaloidi della vinca
• Tassani

β-tubulina e microtubuli

La β-tubulina, insieme all’α-tubulina, forma gli eterodimeri che si associano in protofilamenti a costituire i microtubuli. Entrambe le subunità presentano un sito di legame per il GTP, ma solo la β-tubulina è in grado di idrolizzarlo.

Concentrazioni di β-tubulina e polimerizzazione

In presenza di una concentrazione elevata di β-tubulina legata a GTP, la velocità di idrolisi del GTP da parte della β-tubulina eguaglia la velocità di polimerizzazione, ciò determina il mantenimento del “cappuccio” di GTP al polo + del microtubulo e l’allungamento del microtubulo.

In presenza di basse concentrazioni di β-tubulina legata a GTP, la velocità di idrolisi del GTP supera la velocità di polimerizzazione, ciò determina la perdita del “cappuccio” di GTP al polo + del microtubulo e la depolimerizzazione del microtubulo e quindi il suo accorciamento.

Alcaloidi della vinca e tassani

• Gli alcaloidi della vinca legano la β-tubulina in un sito vicino al sito di legame del GTP. Questo sito è accessibile solo al polo + del microtubulo, quindi inducono la perdita del cappuccio di GTP e la depolimerizzazione del microtubulo (inibiscono l’aggiunta di nuove subunità di β-tubulina). Gli alcaloidi della vinca sono agenti depolimerizzanti i microtubuli.
• I tassani legano la β-tubulina in un sito vicino all’interfaccia tra α e β-tubulina. Questo sito è accessibile lungo tutto il microtubulo, quindi inducono una stabilizzazione del microtubulo che perde la sua dinamicità, anche in funzione dei segnali pro-polimerizzanti o pro-depolimerizzanti. I tassani sono agenti stabilizzanti i microtubuli.

L’effetto finale è lo stesso ossia un’alterazione della formazione del fuso mitotico, l’arresto in mitosi e la conseguente attivazione del pathway apoptotico.

Colchicina

Il primo farmaco sviluppato come un potenziale farmaco antitumorale è la colchicina, ha un sito di legame nell’interfaccia tra α e β-tubulina ed è un agente stabilizzante i microtubuli; non viene impiegata a livello terapeutico perché ha uno spettro di tossicità molto elevato. Viene utilizzata in citogenetica perché blocca le cellule in fase M e permette la visualizzazione dei cromosomi tramite opportune colorazioni.

Produzione e applicazioni terapeutiche

Gli alcaloidi della vinca sono estratti dalla Vinca rosea, i tassani dalla corteccia del Taxus brevifolia; oggi giorno si producono per via sintetica o semisintetica.

Farmaci e applicazioni

I farmaci appartenenti alla sottoclasse degli alcaloidi della vinca sono:

• Vinblastina
• Vindesina
• Vincristina (molto utilizzata soprattutto su pazienti in età pediatrica)
• Vinorelbina

Hanno un’applicazione terapeutica abbastanza vasta:

• Tumore al polmone
• Sarcomi
• Neuroblastomi
• Carcinoma mammario
• Leucemia
• Linfomi

I farmaci appartenenti alla sottoclasse dei tassani sono:

• Paclitaxel
• Docetaxel

Il paclitaxel è stato un farmaco che ha rivoluzionato il trattamento del cancro al seno riducendo la mortalità delle donne di quasi il 90%.

Caratteristiche dei farmaci antimitotici

I farmaci antimitotici sono ciclo e fase specifici ossia esercitano la loro azione tossica solo sulle cellule che si trovano nel ciclo cellulare e solo in una particolare fase del ciclo cellulare (fase M). Dal punto di vista dell’effetto sul tumore ciò è uno svantaggio perché in una massa tumorale le cellule non si trovano tutte nel ciclo cellulare e nella stessa fase del ciclo; dal punto di vista della tossicità sono farmaci meno tossici rispetto ai farmaci antitumorali agenti alchilanti in quanto la loro azione citotossica si esplica solo sulle cellule attivamente proliferanti.

Quindi, questi farmaci sono generalmente più efficaci su tumori con un alto rate proliferativo perché maggiore è la probabilità di cellule tumorali in fase M.

Problemi comuni ai farmaci chemioterapici

Alcaloidi della vinca e tassani hanno due grandi problematiche proprie di tutti i farmaci chemioterapici ossia tossicità e resistenza:

• La tossicità limita l’impiego di questi farmaci, obbligando la terapia a dosi subterapeutiche.
• La resistenza comporta che le cellule non siano più responsive ai farmaci.

Tossicità

La tossicità degli antimitotici si manifesta essenzialmente a carico dei tessuti sani con cellule attivamente proliferanti che quindi vengono bloccate in fase M; la tossicità degli agenti alchilanti il DNA si manifesta non solo a carico dei tessuti con cellule attivamente proliferanti ma anche su tutte le cellule in quiescenza proliferativa.

In entrambi i casi, ciò provoca:

• Effetti gastrointestinali
• Effetti ematologici
• Effetti inibitori sulla divisione delle cellule del follicolo pilifero → alopecia = perdita dei capelli
• Effetti inibitori sulla proliferazione delle cellule germinali (specialmente quelle maschili) → sterilità nei casi a lungo termine
• Effetti sulle cellule neuronali solo per alcaloidi della vinca e tassani → i microtubuli nelle cellule neuronali sono responsabili del trasporto assonale

Gli effetti gastrointestinali vengono generalmente abbastanza controllati grazie a farmaci antiemetici (emesi = vomito). Gli effetti ematologici sono i più rilevanti. Il tessuto ematopoietico è, infatti, il tessuto con maggior rate proliferativo ed il risultato è anemia (carenza globuli rossi), leucopenia (carenza leucociti), trombocitopenia (carenza piastrine) → depressione ematopoietica o mielosoppressione e neutropenia (distruzione del tessuto ematopoietico). La chemioterapia è ciclica per dare tempo al paziente di ricostruire il proprio tessuto ematopoietico.

In genere la scelta della posologia di un qualsiasi farmaco si basa sulla curva dose-effetto e corrisponde alla dose che dà tra il 60 e l’85% dell’effetto massimo possibile. Questo ci garantisce un buon grado di modulazione sul bersaglio senza eccedere nell’interazione con la normale fisiologia.

Nel caso dei farmaci chemioterapici, la scelta della posologia non si basa sulla dose che dà l’effetto massimo possibile, ma sulla dose che dà l’effetto massimo tossico ematologico tollerabile dal paziente senza condurre alla morte (massima dose tollerabile = MDT) ed è sempre inferiore a quella che dà un effetto dell’80%.