Chimica farmaceutica - inibitori dhfr

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANZARO "MAGNA GRAECIA"

FACOLTA' DI FARMACIA

Scuola di Specializzazione in Farmacia Ospedaliera

INIBITORI DELLA DIIDROFOLATO REDUTTASI

Cinzia Condercuri

ANNO ACCADEMICO 2003/2004

UNIVERSITA' DEGLI STUDI DI CATANZARO "MAGNA GRAECIA"

FACOLTA' DI FARMACIA

Scuola di Specializzazione in Farmacia Ospedaliera

INIBITORI DELLA DIIDROFOLATO REDUTTASI

Cinzia Condercuri

ANNO ACCADEMICO 2003/2004

INIBITORI DELLA DIIDROFOLATO REDUTTASI

INTRODUZIONE

La diidrofolato reduttasi (DHFR) è un enzima che catalizza la riduzione NADPH – dipendente dell’acido diidrofolico (FH2) a acido tetraidrofolico (FH4).

Fig. n. 1 Acido 5,6,7,8-tetraidrofolico

L’acido tetraidrofolico è la forma attiva dell’acido folico.L’acido folico è una vitamina idrosolubile, che partecipando alla sintesi delle basi puriniche e pirimidiniche e quindi degli acidi nucleici, svolge un ruolo fondamentale sulla maturazione e riproduzione delle cellule, in particolare di quelle del sangue, eritrociti e leucociti che più delle sono soggette ad un rapido rinnovamento. L’azione fondamentale, pertanto, è quella antianemica.L’acido folico dà origine, specie nel fegato e nel rene ad una serie di derivati che costituiscono la forma attiva delle vitamina.L’acido tetraidrofolico è la principale forma attiva dell’acido folico.

FARMACOLOGIA

Gli inibitori della DHFR sono utilizzati nella terapia di alcune patologie inclusi vari tipi di neoplasie e infezioni batteriche. Il metotrexato, costituisce uno dei più validi antagonisti dei folati nella terapia antitumorale, viene utilizzato con profitto anche nel trattamento della psoriasi, una malattia non neoplastica della cute, caratterizzata da una proliferazione eccessivamente elevate delle cellule epidermiche, e impiegato anche nel trattamento della artrite reumatoide. Inoltre è usato come immunosoppressore in combinazione con la ciclosporina-A, per inibire la reazione di rigetto in paziente sottoposti a trapiando di midollo osseo. Ben assorbito per via orale e comunque in genere somministrato per via endovenosa. L’emivita è di circa tre ore. Il 10 % del metotrexato viene metabolizzato a 7-idrossimetotrexato, un metabolica meno idrosolubile potenzialmente nefrotossico. Approssimativamente il 90 % del metotrexato viene eliminato nelle urine come farmaco immodificato. I pazienti con grave insufficienza renale non devono essere trattati con metotrexato o dovrebbero ricevere il MTX con l’antidoto, l’acido folinico.

Fig. n. 3 Acido folinico

Sia il MTX che l’aminopterina presentano elevata tossicità, minore nel MTX che ha soppiantato l’aminopterina, sia perché colpiscono le cellule che si dividono rapidamente, sia perché impedendo in tutti i tessuti la formazione di acido tetraidrofolico dall’acido folico riducono i livelli della forma coenzimatica ossia l’acido folinico. La pirimetamina e il proguanile vengono usati nella terapia e nella profilassi della malaria. La pirimetamina è più attiva del proguanil presumibilmente perché agisce direttamente invece che come profarmaco ed ha una emivita più lunga. E’ ben assorbita nel tratto gastrointestinale, è metabolizzata nel fegato e i metabolici vengono lentamente eliminati con le urine. La tossicità della pirimetamina è bassa.

Il proguanil è , anche se lentamente, ben assorbito dal tratto gastro-intestinale. Circa il 60 % della dose è eliminata con le urine, e circa il 30 % è eliminato come metabolita attivo, il cicloguanil. Sono rari gli effetti tossici del proguanil ( vomito, dolore epigastrico ed irritazione renale).

Il trimetoprim si è dimostrato attivo verso la maggioranza dei microrganismi sia gram + che gram -.

Bisogna ricordare l'associazione del trimetoprim con il sulfametossazolo denominata co-trimossazolo (Bactrim) che trova uso nel trattamento delle infezioni delle vie respiratorie e urinarie.

Può insorgere resistenza se il trimetoprim viene somministrato da solo, nell’associazione con il sulfametossazolo si instaura una interazione sinergica, che si manifesta evidente perfino quando il microrganismo è resistente al sulfamidico.

Il co-trimossazolo presenta uno spettro d’azione allargato, possiede effetto battericida, scarsa resistenza batterica e buon assorbimento g.i., elevata biodisponibilità, buona diffusibilità nei tessuti (liquido cefalo-rachidiano, tessuto osseo, prostata) ed emivita plasmatici lunga, tale da permettere due sole somministrazioni del farmaco nelle 24 ore.

Delle varie combinazioni studiate, variando il sulfamidico o usando analoghi del TMP (ad es. tetroxoprima), quella farmacocineticamente più adatta è il co-trimossazolo.

Infine esiste un composto il trimesetasso che è una combinazione tra il TMP e il MTX, ma la sua maggiore liposolubilità lo rende permeabile nelle cellule tumorali e nei microrganismi resistenti. Viene usato nei pazienti affetti da AIDS con polmonite da Pneumocisti carinii associato al leucovorin per ridurre gli effetti collaterali (granulocitopenia e piastrinopenia).

PRINCIPI ATTIVI

Il metotrexato e l'aminopterina inibiscono la DHFR, delle cellule dei mammiferi, svolgendo attività antitumorale.

X Y

• aminopterina NH₂ H
• metotressato NH₂ CH₃

Fig. n. 4 Aminopterina e metotressato

• Specialità farmaceutiche del MTX
• Methotrexate (Wyeth Lederle)
• Methotrexate Fidia (Fidia Farma.)
• Methotrexate Teva (Teva Pharma)
• Methotrexate DBL (Mayne)

Il trimetoprim è un inibitore della DHFR batterica. L’associazione del trimetoprim con il sulfametossazolo prende il nome di co-trimossazolo.

Fig. n. 5 Trimetoprim e sulfametossazolo

• Specialità farmaceutiche del TMP con Sulfametossazolo
• Sulfametossazolo
• Bactrim (Roche)
• Chemitrim (Biomedica Foscama)
• Eusaprim (Glaxosmithkline)
• Gantrim (Geymonat)
• Sulfametossazolo + Trimetoprim (Benedetti)

La pirimetamina invece agisce sulla DHFR del plasmodium.

Fig. n. 6 Pirimetamina

Specialità farmaceutiche della Pirimetamina Metakelfin (Pirimetamina + Sulfametopirazina) (Pharmacia Italia)

In questo modo agisce anche il proguanil, la cui forma attiva è il metabolica diidrotriazínico, cicloguanil che presenta una affinità selettiva per l’enzima del protozoo rispetto a quella umana.

Fig. n. 7 Proguanil - Cicloguanil

Specialità farmaceutiche del Proguanil Paludrine (Astra Zeneca)

Come già detto esiste un analogo chinazólico della 2,4-diaminopterina, molto più potente del TMP e della pirimetamina, che è il trimetressato o 2,4-diamino-5-metil-6-[(3,4,5- trimetossianilino)metil]chinazolina glicuronato.

Fig. n. 8 Trimetressato

Dalle informazioni strutturali disponibili dalle strutture ai raggi X dei complessi della DHFR con i suoi inibitori, si è giunti al design di analoghi del Trimetoprim con proprietà di legame migliorate. Sono state usate tecniche di grafica computerizzata per predire quali gruppi potrebbero permettere interazioni addizionali con l'enzima. Uno di questi potenti composti è il derivato Brodimoprim il quale è circa 100 volte più potente del Trimetoprim.

Fig. n. 9 Brodimoprim

MECCANISMO D’AZIONE DEGLI INIBITORI DELLA DHFR.

Il passaggio finale della biosintesi dell’acido tetraidrofolico è rappresentato dall’addizione di idrogeno all’acido diidrofolico in presenza di DHFR. Gli inibitori della DHFR agiscono inibendo la sintesi degli acidi nucleici, legandosi alla diidrofolatoreduttasi bloccano la riduzione dell’acido diidrofolico a tetraidrofolico, coenzima indispensabile alla sintesi del timidato e delle purine. L’ FH4 è un coenzima che trasporta frammenti monocarboniosi partecipando a numerose reazioni del metabolismo intermedio.

I due atomi di azoto in posizione 5 e 10 sono quelli interessati alla catalisi. Il metrotexato per le cellule dei mammiferi, e due composti 2,4-diaminoprimidinici, il trimetoprim per i batteri e la pirimetamina per i protozoi, sono inibitori, specie-specifici di questo enzima. Il nucleo della 2,4-diaminoprimidina rappresenta la porzione strutturale minima perché una molecola abbia attività antifolica in tutte le specie. Sono state apportate piccole modifiche alla molecola dell’acido folico per ottenere antifolici, soltanto due derivati possiedono attività antitumorale: metotrexato e aminopterina.

Il MTX è un antineoplastico fase-specifico inibitore della diidrofolatoreduttasi. Infatti legandosi con l’enzima inibisce la trasformazione dell’acido diidrofolico a acido tetraidrofolico. L’ FH4 è a sua volta trasformato in N5,N10-metilentetraidrofolato, un cofattore essenziale per la sintesi di timidato, purine , metionina e di glicina. La mancata formazione di FH4 causa inibizione della timidato-sintetasi e quindi della trasformazione dell’acido deossiruridilico in acido timidilico con conseguente interruzione della sintesi di DNA ed RNA.

L’azione immunodepressiva del MTX è principalmente conseguenza della inibizione della proliferazione di linfociti T e B dovuta alla inibizione della sintesi di DNA.

Il MTX interagisce con alta affinità e reversibilmente con la DHFR. L’interazione è modulata dai livelli di NADPH e può essere competitivamente ostacolata da diidrofolato o da folati ridotti, quali il 5-formiltetraidrofolato ( leucovorin). Quest’ultimo viene utilizzato come antidoto del MTX per limitarne gli effetti tossici quanto impiegato a dosi elevate.

Complesso del Metotrexato con la DHFR

Fig. n. 10

Modello di legame del Metotrexato alla DHFR

Le analisi della struttura del Metotrexato/DHFR mostrano un modello di legame idrogeno esteso.

Un amino gruppo della porzione pteridinica forma dei legami idrogeno con Asp-27 e tramite una molecola d’acqua con Trp-30.

L’altro amino gruppo della porzione pteridinica forma un legame idrogeno con le due funzioni carboniliche di Ile-5 eIle-94.

L’alfa-carbossi gruppo della porzione del glutammato interagisce con l’Arg-57.

Dalle analisi della struttura del Metotrexato/DHFR si evince anche che l’anello fenolico è circondato da una tasca idrofoba.

Fig. n. 11

8

Trimetoprim.

La determinazione del complesso del trimetoprim con la DHFR e la comparazione con il complesso MTX/DHFR ha fornito informazioni sull'azione del trimetoprim a livello molecolare. Il modo di legame del trimetoprim alla DHFR è del tutto simile al metotrexato sebbene sia conservato di quest'ultimo solo il gruppo 2,4-diaminopirimidina.

L’associazione del TMP con il sulfametossazolo porta ad un doppio blocco sequenziale del metabolismo dell’acido folico: il sulfamidico inibisce la diidrofolatosintetasi ed impedisce cioè che dalla diidropteridina e dal PAB (acido p-aminobenzoico) si formi prima l’acido diidropteroico e, successivamente l’acido diidrofolico; il trimetoprim come abbiamo visto interviene in una fase successiva, agendo come inibitore della diidrofolatoreduttasi.

Brodimoprim

Il Brodimoprim è un nuovo inibitore della DHFR.

Complesso del Brodimoprim con la DHFR

Fig. n. 12

Legame del Brodimoprim con la DHFR.

Il complesso Brodimoprim derivato/DHFR ha un modello di legame molto simile a quello del Metrotrexato. Come nel caso degli altri inibitori della DHFR, l'anello 2,4-aminopirimidina del Brodimoprim derivato forma una rete di legami idrogeno con l'enzima (es. con gli idrofobi Leu-4, Ala-97 e Asp-27).

L'incremento nell'attività del Brodimoprim-derivato in confronto al Trimetoprim è il risultato della somma dei due acidi carbossilici. Ciò è spiegato dalla struttura a raggi X: i due gruppi carbossilati mimano il gruppo carbossilico del Metrotrexato formando legami idrogeno con Arg-57 e His-28.

Il brodimoprim presenta un tempo di emivita più lungo del TMP e forte sinergismo d'azione con i sulfamidici come la sulfamerazina

Fig. n. 13

CONCLUSIONI

Possiamo concludere, affermando che gli inibitori della DHFR sono dei farmaci che pur avendo tutti un comune meccanismo d'azione a livello di questo enzima, e cioè agendo come inibitori specie-specifici della DHFR (batteri, protozoi, cellule dei mammiferi), trovano usi clinici diversi ( antibatterici, antimalarici, antitumorali) di estrema importanza.