Chimica farmaceutica - inibitori della topoisomerasi

Inibitori della DNA-topoisomerasi

La topoisomerasi è un enzima deputato al rilassamento dei superavvolgimenti delle catene di DNA; nelle cellule eucariotiche ne esistono due diversi tipi:

• La topoisomerasi I è un monomero in grado di tagliare un singolo filamento del duplex di DNA e non richiede cofattori energetici;
• La topoisomerasi II, al contrario, agisce come dimero, taglia entrambe i filamenti del DNA ed è ATP dipendente.

Tra i farmaci più utilizzati nella lotta contro il cancro rientrano tutta una serie di composti in grado di formare un complesso ternario con il DNA e la topoisomerasi (stabilizzando quindi il cosiddetto “cleavable complex”) e di ostacolare una fase specifica del processo catalitico che consiste nella rigiunzione del DNA precedentemente tagliato.

I composti che inibiscono la topoisomerasi I agiscono principalmente durante la fase replicativa del ciclo cellulare (fase S), invece le lesioni causate dagli inibitori della topoisomerasi II sono associate alla fase di trascrizione dell’RNA ed avvengono quindi durante quasi tutto il ciclo cellulare (fase G /M).

Nelle cellule umane, i due enzimi non sono espressi allo stesso modo: la topoisomerasi I è molto abbondante nei tessuti tumorali del colon, invece la II predomina a livello della mammella e delle ovaie.

La figura 1 riporta i principali inibitori della topoisomerasi e suggerisce che anche alcuni tipi di stress ossidativi, quali la produzione di perossido di idrogeno, possano agire in modo analogo, stabilizzando il complesso e generando corpi apoptotici.

Figura 1: Inibitori della topoisomerasi II (a sinistra) e della topoisomerasi I (a destra)

• Campotencina
• Irinotecan
• Topotecan
• 10,11-(etilendiossi)-7-[(N-metilpiperazino)-metil]-20(S)-camtpotencina

Le topoisomerasi esplicano la loro azione mediante un residuo tirosinico che dà attacco nucleofilo ad un fosfato della catena desossiribonucleica; il filamento di DNA resta ancorato all’enzima mediante legame fosfotirosinico fin quando, eliminata la tensione dovuta ai superavvolgimenti, una reazione inversa alla precedente ristabilirà il legame fosfodiesterico e libererà l’enzima.

Figura 2: Struttura cristallografica della topoisomerasi I associata ad un frammento di DNA

La figura 2 rappresenta la struttura ricostruita mediante la tecnica di diffrazione di raggi X della topoisomerasi I associata covalentemente ad un frammento di DNA di 22 paia di basi; l’enzima ha una dimensione di circa 90 kD ed è composto da 4 domini principali: il dominio N-terminale (24 kD) fortemente carico, importante per l’interazione con le altre proteine nucleari ma non strettamente necessario per il folding proteico, il dominio core.