Farmaci Antitumorali che si legano al DNA

Considerazioni generali.

Con il termine “cancro”  definisce la patologia caratterizzata dall’ anomalo sviluppo di una o più masse di cellule che tendono a moltiplicarsi in modo incontrollato e a diffondersi per tutto l’organismo, andando così ad interferire con le sue normali funzioni, fino a causarne il decesso. Il modo con cui si sviluppa una cellula cancerosa a partire da una cellula sana è un processo a più fasi, durante il quale all’interno della cellula stessa, si verificano degli errori genetici irreversibili. Generalmente, in un individuo sano, se alcune cellule sviluppano una mutazione genetica degenerano, l’organismo innesca al suo interno particolari processi che portano alla ”morte cellulare programmata” delle suddette cellule. Tale processo è  detto apoptosi, ed esso impedisce alle cellule in cui si sono verificate mutazioni genetiche di suddividersi e quindi di generare tumori. In presenza di cancro, invece, il processo di apoptosi viene alterato in modo tale  che le cellule con mutazione genetiche possono sopravvivere  e dividersi, nonostante all’interno della singola cellula siano presenti delle alterazioni che normalmente ne determinano la morte. Per proteggersi, quindi, dalla minaccia del tumore bisogna condurre uno stile di vita adeguato; ad esempio, evitare il fumo di sigaretta ((induce tumori alla bocca e ai polmoni) ed evitare le bevande alcoliche, rivolgendo attenzioni particolari anche alla dieta perché una tavola ricca di proteine animali può aumentare il rischio di malattie.

Possibili cure: mezzi tradizionali

L’intervento chirurgico (asportazione delle cellule maligne) chemioterapia (trattamenti molto aggressivi che devono distruggere le cellule tumorali lasciando il più possibile intatte le cellule sane). Accanto a questa si sta sviluppando una terapia definita genica, in cui gli acidi nucleici sono utilizzati come target di una serie di farmaci antitumorali.

Farmaci antitumorali

Farmaci che interferiscono con la replicazione del DNA

• Agenti citostatici intercalanti (ETIDIO)

1. Antibiotici antitumorali (actinomicina)
2. Antimalarici (chinina)

• Agenti alchilanti

1. Mostarde azotate (meclorotamina)
2. Nitrosouree (semustine)

• Antimetaboliti
• Inibitori della topoisomerasi

Farmaci che interferiscono con la trascrizione e la traduzione

• Agenti antitumorali (bleomicina, complessi del platino)

Introduzione sui farmaci che interagiscono a livello del DNA

Dagli anni ’80 l’attenzione è rivolta agli acidi nucleici che sono stati riconosciuti come target di diversi farmaci che legano il DNA. Alcuni farmaci esplicano le loro azioni sulle diverse fasi delle funzioni degli acidi nucleici. I farmaci che agiscono sugli acidi nucleici possono essere suddivisi in diverse classi:

• Farmaci che interferiscono con la replicazione del DNA

1. Agenti citostatici intercalanti. I farmaci definiti “intercalanti” si legano al DNA nel nucleo cellulare, istaurando legami con le coppie di basi della “doppia elica”, e formando complessi a trasferimento di carica con i nucleotidi. Un esempio del meccanismo di interazione caratteristico di questi farmaci può essere fornito dalla molecola di etidio (fig.1). Tale molecola stabilisce legami salini con gli anioni fosfato del DNA attraverso i suoi gruppi amminici (fig.1b). In particolare, solo l’anello triciclicoplanare della molecola di etidio interagisce con i nucleotidi, mentre il gruppo fenolico e quello etilico restano al di fuori della doppia elica. Il risultato di questa interazione porta ad una rotazione e ad un allontanamento delle coppie di basi con conseguente srotolamento dell’ elica di DNA. La deformazione dell’ elica compromette dei geni.
2. Antibiotici antitumorali.

L’ actinomicina D forma un complesso stabile con “duplex” di DNA ricchi delle coppie di basi guanina-citosina; in tale complesso la porzione planare della molecola risulta intercalante. Il risultato è uno “step” di allungamento della catena dell’RNA ribosomiale durante la trascrizione. Sebbene l’actinomicina D risulti un farmaco efficace in alcuni tumori (tumori di Wlims, tumore ai testicoli) esso è molto tossico.

1. Antimalarici

Il più vecchio farmaco antimalarico  è la chinina.

Si tratta di un alcaloide che si estrae dalla corteccia dell’albero di Cinchona. La chinina viene usata in terapia sotto forma di sale indispensabile nei casi in cui si sviluppano ceppi di parassita malarico resistente agli antimalarici di sintesi.

1. Agenti alchilanti.

Questi agenti antitumorali sono caratterizzati da un’ interazione con DNA di tipo covalente, possono interferire con i processi di replicazione e trascrizione. A causa di una limitata selettività essi però presentano effetti collaterali seri.

• Mostarde azotate.

Tra gli agenti alchilanti compaiono le mostarde azotate, tra cui la meclorotamina (fig.2a) è un antitumorale il motivo di ciò risiede nel proposito di portare, attraverso una molecola guida, che  è il prodotto naturale, il componente attivo delle mostarde azotate a livello del sito metabolico in un tumore, utili in combinazione con la chirurgia.

1. Nitrosouree

Le nitrosouree sono farmaci in cui il gruppo N-NO si combina con una mostarda monofunzionale. Questi composti vengono usati efficacemente in alcuni tumori (come quello al cervello) che non rispondono alla chemioterapia. Il composto che rappresenta questa classe è la semustina(fig.2e).

Antimetaboliti.

Sono degli inibitori della sintesi del DNA, agiscono attraverso un’ inibizione allosterica di alcuni enzimi biosintetici di purine e pirimidine.

Inibitori della topoisomerasi.

Il DNA è costituito da due catene polinucleotidiche avvolte a spirale a formare una doppia elica. Le due catene sono collegate tra loro mediante ponti idrogeno tra le basi appaiate e sono complementari e antiparallele. Durante la replicazione si ha il progressivo svolgimento delle catene polinucleotidiche avvolte a spirale, la separazione delle catene per apertura dei ponti idrogeno e sintesi, ad opera dell’ enzima DNA polimerasi (regola la topologia del DNA) su ogni catena separata, di una   catena nuova complementare. Un’ interferenza con enzimi polimerasici porta ad una inibizione della replicazione; si è supposto che la topoisomerasi I può essere un potenziale target per la chemioterapia.

 Farmaci che interferiscono con la trascrizione e traduzione

Questa classe di farmaci, agisce sulla regolazione della sintesi proteica. La loro attività è dovuta all’ interazione con la trascrizione del RNA messaggero.

Agenti antitumorali:

Tra gli agenti citostatici compaiono le bleomicine (Fig.3), questi composti causano la scissione del DNA sia virale che animale ed inoltre, portano all’ inibizione della DNA ligasi (enzima importante nella replicazione e riparazione del DNA)

Possiamo concludere col dire che interferiscono sia con la replicazione che con la trascrizione degli acidi nucleici. Un altro gruppo di farmaci che inibiscono la trascrizione del DNA, sono i complessi del platino. Il capo gruppo di questa classe è il cis-platino che svolge un’ efficace azione contro i tumori ai testicoli, alle ovaie e i carcinomi. Tale composto si lega a “duplex” di DNA caratterizzati da sequenze oliguaniniche, provocando lo srotolamento del “duplex” e riducendo la lunghezza della molecola di DNA.

Proprietà generali degli antibiotici enediinici

Gli antibiotici anticancro appartenenti alla famiglia delle “”enedine” sono sostanze che presentano una notevole attività biologica, tanto da essere al centro di molti studi sia chimici che biomedici. Oggi questa famiglia enediinica comprende: neocarzinostatine, calicheamicine, esperamicine e dinemicine, ma questa numero è destinato ad aumentare, (fig.4) le calicheamicine, le esperamicine, le neocarzinostatine  e le dinamicine, esercitano la loro attività biologica in virtù del fatto che sono in grado  di danneggiare il DNA generando una specie di radicale capace di provocare il “cleavage” di un duplex di DNA. È stato dimostrato che, queste molecole presentano tre importanti domini funzionali detti:

1. “warhead” che esplode se attivato, generando così i frammenti che danneggiano il DNA.
2. “delivery system” che guida il “warhead” al suo bersaglio (DNA).
3. “triggering device” che, con un adatta attivazione, induce una cascata di reazioni che generano i radicali destinati a danneggiare il DNA.

A tal punto è importante tener presente che nel ’72 Bergman eseguì importanti  studi con composti enedinici modello e dimostrò la loro cicloaromatizzazione via diradicali 1.4-benzenoidi (fg.5). Si tratta di un  processo cruciale che la natura utilizza per creare frammenti molecolari che colpiscono in modo letale il DNA ed è noto come “reazione di ciclizzazione di Bergman”.

Ricapitolando il meccanismo di reazione dei composti enediniinici possiamo dire che quando la molecola è legata al “duplex”di DNA il cosiddetto “triggering device” viene attivato attraverso un attacco nucleofilo esterno per dare addizione di Michael intramolecolare, con una successiva ciclizzazione  di Bergman. In tal modo la parte enedinica della molecola si trasforma in diradicale arilico molto reattivo. Si ha una cascata di reazioni che generano i radicali destinati a danneggiare il DNA.

Le calicheamicine

Le calicheamicine (Fig.7) appartengono alla famiglia degli antibiotici antitumorali isolati dalla Micromonospora echinospora nel 1987. La famiglia delle calicheamicine possiede attività contro i batteri gram positivi e gram negativi, ugualmente mostra attività contro i tumori quali P388 e L 1210, neoplasie solide come il melanoma B16 e il tumore del colon B26. Tale molecole risultato essere potenziali composti per chemioterapici in quanto inducono apoptosi e come tali possono essere utilizzati nella terapia del cancro e nella terapia dell’ AIDS.

Meccanismo d’ azione

Strutturalmente le calicheamicine  presentano una porzione oligosaccaridica che si ancora nel “minor groove” del DNA ed una porzione enedinica.

Quando la molecola entra nel “duplex” del DNA il dispositivo detto “grilletto”(gruppo trisolfuro) viene attivato dall’ ambiente cellulare (il glutadione), con formazione del tiolato, che è in posizione ottimale per attaccare il chetone α, β insaturo incorporato nell’ adiacente anello a sei termini, si ottiene cosi il composto 2.