Riassunto dei Composti Antitumorali PDF

Chimica Farmaceutica COMPOSTI ANTITUMORALI  Chimica Farmaceutica Cancro, neoplasia e tumori Neoplasia Abnorme proliferazione cellulare (tumore)...

Chimica Farmaceutica COMPOSTI ANTITUMORALI  Chimica Farmaceutica Cancro, neoplasia e tumori Neoplasia Abnorme proliferazione cellulare (tumore) Benigna = non cancerosa Contorni definiti Non invasiva Possibile rimozione chirurgica Maligna = cancerosa Contorni non definiti Invasiva e metastatizzante Difficile rimozione chirurgica Antitumorali  Classificazione dei tumori Classificazione in base al sito primario Classificazione istologica Tipo Origine Esempi Adenocarcinoma del colon, del polmone, prostata, seno, pancreas, …; Carcinoma Tessuto di origine epiteliale Carcinomi a cellule squamose della pelle, del polmone, del cavo orale, …. Osteosarcoma, Condrosarcoma, Rabdomiosarcoma, Leiomiosarcoma, Sarcoma Tessuto di origine connettivale Angiosarcoma, Fibrosarcoma, Liposarcoma, Glioma Mieloma Plasmacellule del midollo osseo “Tumori liquidi”: Leucemia granulocitica, Leucemia Midollo osseo linfoblastica, linfatica, eritremia Nodi o ghiandole del sistema Linfomi di Hodgkin Linfoma linfatico Linfomi non-Hodgkin Antitumorali  Chimica Farmaceutica Ciclo cellulare Antitumorali  Chimica Farmaceutica Struttura del DNA Aspetti cruciali per la sopravvivenza cellulare: Legami idrogeno (determinano la struttura a doppia elica del DNA) Capacità dei due filamenti di separarsi (fondamentale per la replicazione) Antitumorali  Chimica Farmaceutica Classificazione dei chemioterapici antitumorali Chemioterapici antitumorali classici o Agenti alchilanti o Intercalanti o Antimetaboliti o Terminatori di catena o Inibitori della topoisomerasi o Antimitotici Farmaci a bersaglio molecolare (“Target therapy”) Farmaci diretti in modo specifico contro molecole coinvolte nel processo di carcinogenesi (sviluppo o proliferazione) o Anticorpi monoclonali o Piccole molecole o Approccio antigene e antisenso Antitumorali  Chimica Farmaceutica Approcci clinici Trattamento chirurgico Terapia fotoradiativa: PDT Terapia radiante: raggi X o raggi gamma (60Co) (possibili problemi di insorgenza di tumori causati dalla cura) Immunoterapia (specifica e aspecifica, volta a stimolare la risposta immunitaria) Chemioterapia antitumorale Terapia «biologica» (anticorpi monoclonali) Antitumorali  Chimica Farmaceutica Approcci clinici Radiante: raggi X o raggi gamma (60Co) (anche in questo caso possibili problemi di insorgenza di tumori causati dalla cura) Utilizzo di SENSIBILIZZATORI Sostanze che potenziano l’effetto delle radiazioni H Depletori del glutatione intracellulare O N O Aumento della radiosensibilità delle cellule N N N N NO2 HO OCH3 Misonidazolo Razoxano O N O H Antitumorali  Chimica Farmaceutica Approcci clinici Tumore da 100 g Circa 1011 cellule Ciclo di chemioterapia antitumorale Distruzione dal 99 al 99.9% delle cellule à 108 (troppe per essere eliminate dal sistema immunitario) SANTUARI FARMACOLOGICI sistema nervoso centrale (barriera emato-encefalica) testicolo (barriera emato-testicolare) ASSOCIAZIONE DI FARMACI (protocolli) Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti X X X X Cross linking Nu Nu Nu Nu Nu Nu Nu Nu Intrastrand cross linking Interstrand cross linking Gruppi fortemente elettrofili Formazione di legami covalenti con i gruppi nucleofili delle basi (e.g. 7-N guanina) NH 2 O NH 2 7 Blocco replicazione e trascrizione N 1 N HN N N 3 Effetti tossici (i.e. alchilazione delle proteine) 3 N H N N 2 N N O N Alchilazione delle basi: possibile miscoding AdenineR R Guanine Cytosine R Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Miscoding dovuto a basi alchilate Cytosine Guanine Thymine Guanine DRUG NH2 O N Me O HO N N HN N N NH N R N N N N R R O H2N R O H2N Normal base pairing Abnormal base pairing Guanina: tautomero chetonico Guanina alchilata: tautomero enolico preferito preferito Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Mecloretamina Cl 1942 Mostarda azotata CH3 N Cross-linking intrastrand e interstrand Blocco replicazione Cl Possibile monoalchilazione della G Cl Anello aromatico elettronattrattore Diminuzione del carattere nucleofilo dell’azoto N Sistemi meno reattivi Minore effetti collaterali Cl Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Cl Anello aromatico Sistema meno reattivo N Mimetica della fenilalanina H2N Ingresso nelle cellule mediato da H CO2H Cl proteine di trasporto Melphalan Cl O N HN Anello uracilico elettron-attrattore Minore reattività Cl Mimetico della base pirimidinica O N H Buona concentrazione in cellule attiva Mostarda uracile fase di crescita Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti DNA DNA H G = Guanine O N NH 2 H Cl O N NH 2 N N + N CH3 N CH3 N N N CH3 N N G Cl Cl Cl Mechlorethamine Aziridine ion N NH 2 N N NH 2 N N NH NH N G O O DNA DNA H O N NH 2 H O N NH 2 N N N N N Crosslinked DNA CH3 N N + N N N NH 2 N N NH 2 NH NH CH3 N N O O Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Antitumorali From Foye  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Estramustina OH OH Me H Me H H H O O H H H H Cl Cl N O N HO Cl Cl Uretane: elettron-attrattore Diminuzione del carattere nucleofilo dell’azoto Estradiolo Antitumorali Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti NH O Ciclofosfamide P O NR2 Agente alchilante molto usato Profarmaco non tossico Somministrazione orale Acroleina: tossicità Antitumorali From Foye  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Busulfan O O Interstrand cross-linking S O Me Me O S O O O O OSO2Me S O Me Me O S O O O N -MeSO3- N N HN -MeSO3- N N Guanine N N N H2N N N N DNA DNA DNA DNA DNA Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Nitrosouree O O Cl Cl Cl N N N N H H N N O O Lomustine Carmustine Decomposizione in vivo Formazione di specie alchilanti e carbamoilanti O C N R O N2 + HO N2 N + HO +2HO Cl R N N or O C N+ R + Cl Cl Cl N H Cl Isocyanate Alkylating Alkylating N (carbamoylating Alkylating O agent agent agent) agent + N OH Cl Antitumorali N From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Nitrosouree N2 + H2O N2 + H2O Antitumorali From Foye  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Nitrosouree Cl DNA Cl X Y X Y Alkylation Cross- Alkylating linking agent DNA DNA Protein-Lys-NH2 O O C N R Protein-Lys-NH Isocyanate Carbamoylation HN R Cross-linking inter-strand Cross linking tra G-G o G-C Carbamoilazione (lisine) Possibile inattivazione degli enzimi di riparazione del DNA Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Nitrosouree Streptozocina Origine naturale Streptomyces achromogenes Somministrazione endovenosa Diazometano Agente alchilante elettrofilo Agente alchilante radicalico Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Mitomicina Streptomyces lavendulae Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti O CH2OCONH2 Mitomicina C H2N OMe Profarmaco Me N NH Uno dei composti più usati in clinica O H O OH O CH2OCONH 2 CH2OCONH2 CH2OCONH2 H2N OMe H 2N OMe H2N Reduction -MeOH N NH N NH Me N NH Me Me H O OH OH O H C NH2 H Alkylating agent O O CH2OCONH 2 OH CH2 H2N H2N H2 N-DNA -H + Ring H2 N-DNA NH-DNA opening N N Me Me NH2 NH2 OH OH Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti Mitomicina C Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti alchilanti NH-DNA OH CH2 H2N Mitomicina C NH-DNA Sequenza specifica Me N NH2 OH O Guanine HN N N N NH OH CH2 O Guanine H2N N HN Crosslinked DNA NH N N Me N NH2 OH Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Cl NH3 Cisplatino Pt Molecola neutra: profarmaco Cl NH3 Pt-Cl: legame covalente NH3: ligando Attivazione intracellulare ([Cl-] bassa) Cloro spiazzato da una molecola d’acqua Specie carica positivamente Reazione con il DNA Cl NH3 H2O H2O NH3 + H2O NH3 2+ DNA DNA NH3 Pt Pt Pt Pt + Cl NH3 Cl NH3 H2O NH3 DNA NH3 Cisplatin Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Cisplatino Legame in regioni ricche in guanina Legami intra-strand (più frequenti che inter-strand) Blocco localizzato dello svolgimento della doppia elica Inibizione trascrizione cis-[PtX2(ammina)2] cis Geometria cis essenziale Cl NH3 Complessi trans citotossici, no attività antitumorale Pt Pt Essenziale Cl NH3 Analoghi (Pd e Ni) inattivi (cinetiche di dissociazione dei leganti troppo veloci) Composti di Pt(IV) attivi, ma profarmaci Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Cisplatino Cl NH3 Pt Cl NH3 X = gruppo uscente anionico Variazioni di X: farmaci di II generazione (e.g. carboplatino) Gruppi molto labili (e.g. SO42-): attivi ma più tossici Carbossilati chelanti (e.g. malonato): meno attivi, ma meno tossici Ammina Primaria o secondaria (simmetrica, asimmetrica, chelante o no) Necessaria una discreta solubilità in acqua del complesso Necessaria la presenza di almeno un gruppo NH Variazioni sulla natura delle ammine: farmaci di III generazione Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Derivati del cisplatino O H2 O N O O H3N Pt Pt H3N O N O O O H2 Carboplatino Oxaliplatin Minori effetti collaterali Approvato nel 1999 Cl NH3 Pt OAc Cl N H3N Pt Cl Satraplatino N Cl H2 Me OAc Buona biodisponibilità per os Picoplatino Non ancora approvato Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Blockbusters Cisplatino (Platinol) Cl NH3 FDA: 1978 Pt Vendite 1999: 100 milioni US $ Cl NH3 Fuori brevetto da pochi anni Carboplatino (Paraplatin) O FDA 1989 O H3N Vendite 2003: 905 milioni US $ Pt H3N Vendite 2004: 673 milioni US $ O Generici O Ott 2004 in USA 2000 in EU 1998 in Giappone H2 N O Oxaliplatin (Eloxatin) O FDA 2002 Pt Vendite 2004: 1,525 miliardi US $ N O O Trattamento del tumore al colon H2 Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Uptake cellulare Ctr1 = copper influx transporter Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Attivazione intracellulare Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Cisplatino No legame sulla sequenza 5’-GA A B Distorsione del DNA: apoptosi Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Limitazioni Resistenza intrinseca Resistenza acquisita Tossicità Meccanismi di resistenza Diminuzione dell’accumulo di farmaco Aumento dell’escrezione del farmaco dalla cellula Aumento dei meccanismi di detossificazione cellulare (-SH) Migliore “riparazione” del DNA Aumento della tolleranza al danno del DNA Modificazioni dei processi cellulari coinvolti nella regolazione della sopravvivenza e della morte cellulare Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti metallanti Resistenza Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti Sistemi planari aromatici o eteroaromatici Intercalazione tra basi Variazioni della forma dell’elica Sovente preferenza o per il minor or il major groove Blocco replicazione e trascrizione Blocco delle topoisomerasi Proflavina Sistema triciclico planare Gruppi ammonici H2N N NH2 Primo utilizzo: agente antibatterico (II guerra mondiale) Troppo tossico per uso sistemico Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti H 3N N NH3 G C A T sugar phosphate TA T A backbone G C G C T A TA T A T A A T proflavine H 3N NH3 A T T A C G G C TA O O T A G C G C GC GC T A A T Ionic interactions C G TA van der Waals interactions T A DNA DOUBLE HELIX Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti N-Me-Gly N-Me-Gly N-Me-L-Val L-Pro N-Me-L-Val L-Pro Dactinomicina O D-Val O D-Val C C C O C O H C H C H H Me Me NH NH C O O C N NH2 O O CH3 CH3 Intercalazione nel minor groove del DNA Peptide: interazione con ribosio e fosfati Blocco dello svolgimento della doppia elica Blocco della RNA-Polimerasi DNA Rosso: dactinomicina dipendente Verde: basi G, C Blu: basi A, T Blocco trascrizione Giallo: scheletro fosfoglucidico Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti O OH O O OH O Antracicline OH OH OH Doxorubicina OCH 3 O OH O OCH 3 O OH O Daunorubicina H 3C O H 3C O H 2N H2 N O OH O OH O OH O OH OH OH OH OCH 3 O OH O Epirubicina O OH O Idarubicina O H 3C O HO H 2N H 2N OH 1960 Porzione agliconica Streptomyces peucetius tetraciclo con sistema chinonico-idrochinonico Porzione zuccherina daunosamina Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti Antracicline Antitumorali From Foye  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti O OH O CH2OH OH OMe O OH H O H O H Me H H H Ulteriore HO H interazione NH3 con i fosfati Intercazione nel solco maggiore del DNA Blocco dell’attività della topoisomerasi II Stabilizzazione del complesso DNA-enzima Veleno delle topoisomerasi Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti Antracicline Altri meccanismi d’azione: Attivazione del P53 Innesco apoptosi Danno ossidativo al DNA Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti Antracicline: necessario diminuire la tossicità Formulazioni liposomiali (doxo e dauno) Accumulo selettivo nel tumore: EPR Rilascio del farmaco Riduzione della resistenza da sistemi Pgp Aumento del tempo di emivita Attività anche in pazienti che non rispondono alle antracicline Riduzione effetti tossici (cardiotossicità) Immunoliposomi Anticorpo monoclonale sul liposoma Ab specifico per antigeni presenti sulle cellule tumorali Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti Antracicline: necessario diminuire la tossicità Profarmaci PSA: proteasi serinica Forte espressione nelle cellule di tumore prostatico No attività proteolitica in circolo Coniugato DOXO-eptapeptide (substrato della PSA) Idrolisi selettiva in cellule che esprimono PSA Più attivo (15 volte) della DOXO nelle cellule di tumore prostatico Minori effetti collaterali Antitumorali  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti e chain cutters Bleomicina primary amine CONH2 NH2 H H NH O N 2 H primary amide R O N pyrimidine N N Me O S ring H H H H O HO N H2N O NH N Bithiazole H intercalating Me HN O region N Me HO Me S H H H HO N O imidazole OH H ring O NH O OH Bleomycin A 2 R = NHCH 2CH 2CH 2SMe 2 Bleomycin B 2 R = NHCH 2CH 2CH 2CH 2NHC(NH 2)=NH OH O OH OH O NH2 Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti e chain cutters CONH2 NH2 H Bleomicina H NH O N 2 H R O N N N Me O S H H H H O HO N H2N O NH N H Me HN O N Me HO Me S H H H HO N O OH H O NH O OH OH Sistema bitiazolico: INTERCALAZIONE OH O OH O IONE FERROSO: chelato da N NH 2 ammina primaria, ammide, pirimidina e imidazolo Reazione con O2: Ione FERRICO e ROS Formazione di radicali Scissione delle catene di DNA Inibizione della riparazione da parte di DNA ligasi Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Agenti intercalanti e chain cutters Bleomicina Chelato Fe(II) - bleomicina Reazione con O2 Complesso superossido ferrico bleomicina Riduzione Complesso perossido ferrico bleomicina: “bleomicina attivata” Degradazione DNA Effetto citotossico Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Altri farmaci che agiscono sul DNA Camptotecina 9 7 5 8 6 O 10 4 17 A B C N 11 13 2 D 16 12 N 3 1 14 E O 15 20 Chinolina 18 Camptotheca acuminata 19 OH O Antitumorale Scarsa solubilità Forti effetti collaterali Derivati utili Antitumorali  Chimica Farmaceutica Altri farmaci che agiscono sul DNA Camptotecina Sostituenti alchilici Aumento citossicità Aumento lipofilia N: sostituenti idrofilicità Essenziale Gruppi 9 7 elettronattrattori: 5 8 6 O Aumento attività 10 4 17 A B C N 11 13 2 D 16 OH: aumento 12 N 3 attività 1 14 E O Lattone: in equilibrio con la forma 15 20 aperta 18 Poche variazioni Stereochemica in 20: essenziale 19 OH O Antitumorali  Chimica Farmaceutica Altri farmaci che agiscono sul DNA Camptotecina Complesso TOPO1-DNA: formazione di un sistema ternario stabile Inibizione della formazione dei legami fosfodiesterei Accumulo di TOPO1-DNA: tossico Effetto citotossico specifico per la fase S Antitumorali  Chimica Farmaceutica Altri farmaci che agiscono sul DNA Camptotecina Intercalazione tra le basi del DNA Struttura pentaciclica planare Intercalazione dopo la prima reazione di esterificazione Antitumorali  Chimica Farmaceutica Altri farmaci che agiscono sul DNA Camptotecina O A B C N Stabilizzazione del complesso DNA e topoisomerasi I N D Rotture single-strand E O Lacton Rottura irreversibile del double-strand Analoghi semi-sintetici Me HO O N Topotecano HO O Derivato idrosolubile N Somministrazione IV e PO N Effetti secondari: mielosoppressione, O alopecia, astenia OH O Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Altri farmaci che agiscono sul DNA Irinotecano N Attivato mediante idrolisi (SN38) N O O Amministrazione endovenosa N O Cancro al colon (FDA 1994) N O N NH 2 OH O N H 3C O O O N N F N O N O O Lurtotecan Exatecan OH O OH O Composti in fase di investigazione Antitumorali  Chimica Farmaceutica Antimetaboliti Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Antimetaboliti Metotrexate H2 N N N H N N N H H 2N N N OH N COOH CH 3 N N O N H NH 2 N COOH COOH O INIBITORE potente e selettivo COOH della DHFR Resistenza: Analogo dell’acido folico Diminuzione del trasporto intracellulare Modificazione del sito attivo della DHFR Aumento della produzione di DHFR Aumento dei sistemi di efflusso Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Antimetaboliti Pemetrexed H2 N N N H N N N H OH N COOH O O O COOH NH HN H2N COOH N N HOOC H Derivato pirrolico con attività verso altri enzimi folato-dipendenti Somministrazione ev Approvato nel 2004 Mesotelioma pleurico Carcinoma polmonare non a piccole cellule Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Antimetaboliti Analoghi pirimidinici: 5FU O O F HN F Inibitore suicida HN O O N della TIMDILATO HO P O O N O SINTASI O H HO 5-FdUMP O F HN 5- O O N Fluorodesoxiuracile HO P O O trifosfato O HO OH DNA 5-FUMP Incorporazione nel DNA e nell’RNA Attività citotossica 5-Fluorouracile trifosfato RNA Antitumorali  Chimica Farmaceutica Antimetaboliti Analoghi Pirimidinici: Gemcitabina NH2 NH 2 N N O N O N O HO P O HO O O O F dFdCDP dFdCTP F OH F dFdCMP OH F Uptake cellulare mediato da trasportatore Attivazione (deossicitidina chinasi) Gemcitabina, Inibizione della ribonucleotide reduttasi (dFdCDP) dFdC Incorporazione nel DNA (dFdCTP) Resistenza: alterazioni del sistema di attivazione Resistenza: aumento della produzione di ribonucleotide reduttasi Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Microtubuli Proteine filamentose Dimeri di α-tubulina e β-tubulina Funzione strutturale Coinvolti in diversi processi cellulari (mitosi, trasporto) Estremità + (β-tubulina) ed estremità – (α-tubulina) Molecole che alterano struttura e funzione dei microtubuli Blocco mitosi Apoptosi Specifici per la fase M Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Microtubuli Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Sistema dinamico Assemblaggio e dissamblaggio Estremità: elongazione e accorciamento Estremità positiva e negativa Estremità positiva Crescita e accorciamento più veloci della negativa Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Inibitori della polimerizzazione Attivatori della polimerizzazione Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Alcaloidi della vinca Vinca rosea Vinblastina Vincristina Vindesina Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Alcaloidi della vinca Complesso farmaco-tubulina Microfilamento piegato Variazione della polimerizzazione (analogia colchicina) Depolimerizzazione dei microtubuli ad alte concentrazioni Stabilizzazione della dinamica a basse concentrazioni Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Tassolo Taxus brevifolia Paclitaxel Docetaxel (semisintetico) Antitumorali  Chimica Farmaceutica Microtubuli quali target Tassolo Aumento stabilizzazione e polimerizzazione dei microtubuli Blocco delle cellule in fase G2 / M Legame sulla subunità della tubulina polimerizzata Antitumorali  Chimica Farmaceutica Classificazione dei chemioterapici antitumorali Chemioterapici antitumorali classici o Agenti alchilanti o Intercalanti o Antimetaboliti o Terminatori di catena o Inibitori della topoisomerasi o Antimitotici Farmaci a bersaglio molecolare (“Target therapy”) o Farmaci diretti in modo specifico contro molecole coinvolte nel processo di carcinogenesi (sviluppo o proliferazione) o Approccio antigene e antisenso o Anticorpi monoclonali o Piccole molecole Antitumorali  Chimica Farmaceutica Farmaci a bersaglio molecolare Chemioterapia convenzionale: Sviluppo di agenti citotossici Target therapy: Colpire macromolecole alterate in specifici processi neoplastici Blocco di processi cellulari associati allo sviluppo del tumore Approcci principali: MAb Small molecules Antitumorali  Chimica Farmaceutica Protein-chinasi (PKs) Fosforilazione importante modifica post- traduzionale Identificate più di 500 PK PK: 3 siti un sito di legame per l’ATP uno per il substrato un dominio catalitico Sito di legame ATP: simile ma non identico in tutte le PK Classificazione Possibile selettività d’inibizione Serina/Treonina PK Recettori Tirosinchinasi (RTK) PK Tirosina PK Tirosinchinasi citoplasmatica (NRTK) PK ad attività duale Antitumorali  Chimica Farmaceutica Protein-chinasi (PKs) Enzimi: reazioni di fosforilazione su proteine 500-2000 protein chinasi per cellula Citoplasmatici Recettori (doppio ruolo) Over-espressione: fattore tumorale ATP: cofattore - agente fosforilazione H H H H N N N N N N 6 O O 6 O O O 1 1 O P O P O P O N N O P O P O N N O O O O O O O H O H H H H H H H O P O OH OH OH OH O Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Protein-chinasi (PKs) Tirosin chinasi O O H H H H N N Protein Protein Protein Protein O ATP ADP P OH O OH OH Serina-treonina chinasi O O H H H H N N Protein Protein Protein Protein O OH ATP ADP P Serine O OH OH O O H H H H N N Protein Protein Protein Protein H3C O H3C OH ATP ADP P Threonine O OH OH Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Protein-chinasi (PKs) Gln-767 H NOC 2 H Hydrophobic N pocket H O N HBD H C 3 Leu-768 H H H 3C O N HBA Cleft Met- N N 769 S H N O O O H C 3 N N O P O P O P O O O O O O H H H H OH OH Ribose pocket Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Recettori legati alle Protein-chinasi Doppio ruolo della proteina: recettore ed enzima Attivazione da parte di ormoni Recettore-messaggero: attivazione mediante induced fit Apertura del sito attivo Reazione catalizzata intracellularmente Sovraespressione correlata a molte malattie tumorali messenger Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Recettori legati alle Protein-chinasi Extracellular NH2 Famiglia ErbB o EGFR N-terminal Ligand binding region (Epidermal Growth Factor chain Receptor): associata a diversi tipi di tumore (ErbB-1 e ErbB- Hydrophilic 2) transmembrane Cell membrane region (a-helix) Famiglia VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor): Catalytic binding region Intracellular (closed in resting state) VEGFR-1 (Flt-1), VEGFR-2 C-terminal (KDR/Flk-1), VEGFR-3 (Flt-4) chain COOH sono associati alla vasculogenesi e angiogenesi O O N C Tyrosine kinase N C Protein Protein Protein Protein Mg++ Tyrosine Phosphorylated residue ATP ADP tyrosine OH O P residue Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica PKs Antitumorali  Chimica Farmaceutica Inibitori delle TKs Inibitori di tipo I: agiscono sulla conformazione attiva dell’enzima Inibitori di tipo I: si legano al sito dell’ATP bloccando l’accesso all’ATP Inibitori di tipo II: agiscono sulla conformazione inattiva dell’enzima Inibitori di tipo II: stabilizzano la conformazione inattiva dell’enzima Inibitori di tipo II: possono essere più selettivi Inibitori di tipo III: si legano a una tasca vicina alla sito dell’ATP inducendo uno spostamento dell’ATP Inibitori di tipo IV: allosterici (fuori dal dominio catalitico) Inibitori di tipo V: bivalenti Inibitori di tipo I Gefitinib, Erlotinib, SU11248, seliciclib Inibitori di tipo II Imatinib, lapatinib, sorafenib and vatalanib Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Inibitori della TK citoplasmatica Bcr-Abl Aberrante attività chinasica di c-Abl associata a diverse forme leucemiche 95% dei pazienti con leucemia mieloide cronica (CML) e il 30% con leucemia linfocitica acuta (ALL): un’anomalia genetica (cromosoma Philadelphia) con espressione di una variante costitutivamente attiva della c-Abl (Bcr-Abl) Espressione di Bcr–Abl con aumento della proliferazione, trasformazione morfologiche, eliminazione della dipendenza per la crescita dall’adesione o da fattori di crescita Bcr-Abl: ottimo target per la terapia antitumorale Antitumorali  Chimica Farmaceutica Inibitori della TK citoplasmatica Bcr-Abl 2 lobi (domini): lobo-N e lobo-C Sito di legame dell’ATP nella tasca tra i 2 lobi P-loop: contribuisce a coordinare il gruppo fosfato Importante anche la conformazione della elica C Loop di attivazione: fondamentale per coordinazione e legame dell’ATP (motivo Asp-Phe-Gly) Conformazioni: aperta, stato attivo; chiusa (inattivo) Antitumorali  Chimica Farmaceutica Inibitori competitivi dell’ATP N H H Imatinib mesilato (Glivec®) N N N N CH 3 N O H3 C CH3 SO3H N Dal 2001: farmaco di scelta nel trattamento della leucemia mieloide cronica (Novartis, disponibile PO) Approvato nel trattamento dei tumori stromali gastrointestinali (denominati GIST) Generalmente ben tollerato Inibizione selettiva di Bcr-Abl (Ki=85 nM) Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Inibitori competitivi dell’ATP N H H N N N N CH 3 N O H3 C CH3 SO3H N Imatinib mesilato (Glivec®) Legame alla conformazione inattiva Blocco della stessa Sito di legame tra i 2 lobi: fondamentali 6 legami H e interazioni di van der Waals Resistenza (compare in fase avanzata) Aumentata espressione della Bcr-Abl Aumentata espressione della MDR-1 Aumento del legame con le proteine plasmatiche Diminuita sensibilità dovuta a mutazioni puntiformi della Bcr-Abl Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Imatinib Lead compound H Struttura fenilamminopirimidinica N N Da random screening di libraries N Identificato originariamente come inibitore di PKC, una serina-treonina chinasi I Drug design Conformational N N N blocker Me H H H 3' N N N N N N N N N Amide II N O IV N O (IC50 5 µM) H H Increased inhibition of PKC CGP 53716 (IC50 0.1 µM) Inhibits tyrosine Increased activity vs Tyr-K kinases as well No activity against Ser/Thr-K Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Imatinib Drug design N N Me Me H H N N N N N N N O N O H H Imatinib CGP 53716 (IC50 0.1 µM) Increased activity vs Tyr-K N No activity against Ser/Thr-K N Me Piperazina: aumento dell’attività, della selettività e dell’idrosolubilità Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica Imatinib Hydrophobic region Ionic Selectivity region 2 bond Glu H Glu O N N Me Hydrophobic pocket Selectivity region 1 O H N N N N O Glu e Asp: importanti per il O N H H N H O meccanismo catalitico O H O Me N Gruppo piperazinico: Met MeS O2C Asp interazione con un residuo Glu Thr Gatekeeper Mutation to Isoleucine residue Conformational blocker Inibizione delle proteine chinasi contenenti questo residuo glutammato (Abl, c-Kit e PDGF-R ) Blocco conformazionale per selettività Legame a una tasca idrofoba Mutazione del residuo gatekeeper isoleucina: resistenza (mutazione T315I) Isoleucina incapace di formare un importante legame idrogeno con l’ammina Altre interazioni con selettività bersaglio Legame idrogeno per il gatekeeper Thr: essenziale per l'attività N–alchilazione; no l'attività Antitumorali From Patrick  Chimica Farmaceutica N Me II generazione di inibitori di Bcr-Abl H N N N N O H Analisi della struttura cristallina dell’imatinib-Abl Imatinib Studio della modalità di legame Sviluppo di diversi derivati Me N N Dal 2007 usato nel trattamento (2a linea) della CML (Novartis, disponibile PO) Sviluppato dall’imatinib (anello piperazinico non fondamentale per il legame) Inibizione selettiva di Bcr-Abl Modalità di legame simile a quella dell’imatinib Più potente dell’imatinib (30-50v) sia nelle linee resistenti che in quelle sensibili Hydrophobic region Selectivity region 2 Glu O F3C Hydrophobic pocket Selectivity region 1 Glu-286 O N N H Me N N N N O H O N N H O Asp-381 Met-318 O H O H N Nilotinib Met Thr-315 Me Asp MeS O2C Antitumorali Thr Nilotinib Gatekeeper  Chimica Farmaceutica II generazione di inibitori di Bcr-Abl Me Dasatinib INIBITORE DUALE N N Src: tirosin chinasi N N N OH strutturalmente correlata alla Me H N Abl e associata allo sviluppo N S H della CML (leucemia mieloide O N H Me cronica) Dal 2006 approvato per il N N Cl N Dasatinib; BMS-354825 H N O trattamento (2a linea) della CML (disponibile PO) Imatinib Inibizione di Src (0.5 nM) e Abl N N (