19032014 - Ústav patologické fyziologie

19032014 - Ústav patologické fyziologie

Jiří Petrák
Ústav patologické fyziolgie 1. LF UK
[email protected]
Cytostatika – mechanismus účinku, terapie a rezistence
Účinek na
DNA
Alkylace
s jiné
modifikace
Poškození DNA při syntéze,
interference s ní a další efekty
Snížení
tvorby
hormonů
Účinek na
receptorech pro
steroidní
hormony
Kompetice
Antimetabolity
a
hydroxyurea
Účinek na mitotické
vřeténko
Interkalace
a inhibice
topoisomeráz
Poškození existující DNA
(genotoxicita)
Tvorba
volných
radikálů
Poškození DNA nebo inhibice
syntézy
genotoxické
látky
a
antimetabolity
Klasická
Cytostatika
Hydroxymočovina
Analogy nukleosidů
Analogy bází
Analogy kyseliny listové
ANTIMETABOLITY
spongothymidine "3-beta-D-arabofuranosylthymine"
spongouridine is "3-beta-D-arabofuranosyluracil"
Werner Bergmann (1945)
Snaha o izolace steroidů z mořské houby
Cryptotethia crypta- extrakce do acetonu
(zisk velkého množství čisté krystalické látky)
(DEOXY) NUKLEOSIDOVÉ ANTIMETABOLITY
araT
(PYRIMIDINOVÉ)
DEOXYNUKLEOSIDOVÉ ANTIMETABOLITY
DHFR
dT
TYMIDIN
KINÁZA
Metylen-THF
THF
DHF
kys. listová
UMP
dTTP
dU
THYMIDYLÁT
SYNTÁZA
dTMP
uridin
dC
Syntéza
De novo
Salvage
dráha
DEOXYCTIDIN KINÁZA
dCMP
CYTIDYLÁT KINÁZA
dCDP
NUKLEOTID DIFOSFÁT KINÁZA
U
Uridin fosforyláza
DCTP DEAMINÁZA
UK
PYRIMIDINY
CTP
(d)CTP
syntáza
(d)UTP
UDP
(d)UDP
PPi
dUMP
Ribózo 5-P
karbamoyl fofsát
Vstup do buňky přes membránu
nebo transportérem.
V buňce je postupně fosforylován v
salvage dráze na araCTP
V praxi cca od roku 1965
Terapie leukemíí a některých lymfomů
Cytarabin (araC, cytosinarabinosid)
hENT
NUKLEOSID DIFOSFÁT KINÁZA
DEOXYCYTIDYLÁT KINÁZA
DEOXYCYTIDIN KINÁZA
Salvage dráha pyrimidinů
(při vysokých dávkách
pasivně přes membránu)
Při replikaci
inkorporace do DNA a
zastavení elongace
Vstup do buňky přes
hENT transportéry
Cytarabin( araC,cytosinarabinosid)
Human equilibrative
nucleoside transporter 1, 2
DEOXYCYTIDYLÁT DEAMINÁZA
5´NUKLEOTIDÁZA
CYTIDIN DEAMINÁZA
Aktivace stejná jako u araC.
DifluorodeoxycytidinTP se inkorporuje do DNA
kromě toho inhibuje ribonukleotid reduktázu
di-fluorovaný analog deoxycytidnu
Gemcitabin (2,2 – difluordeoxycytidin, Gemzar)
Při replikaci
inkorporace do
DNA a zastavení
elongace
Inibitor RNR
dFdC
dFdC
hENT
dFdCTP
dFdCDP
DEOXYCYTIDYLÁT KINÁZA
dFdCMP
DEOXYCYTIDIN KINÁZA
NUKLEOSID DIFOSFÁT KINÁZA
Vstup do buňky přes
membránu (při
vysokých dávkách)
a/nebo hENT
transportéry
Gemcitabin (dFdC)
Human equilibrative
nucleoside transporter 1, 2
Inhibuje
ireverzibilně
ribonukleotid
reduktázu
DEOXYCYTIDYLÁT DEAMINÁZA
dFdUMP
5´NUKLEOTIDÁZA
dFdU
CYTIDIN DEAMINÁZA
Je fosforylován, inhibuje DNA pol a je to chain terminator
všechny ostatní analogy jsou D-enantiomery
Troxacitabin (2005) – nepřirozený L-enantiomer
Fludarabin (fosfát)
Díky F na bázi je odolný vůči deaminaci adenozin deaminázou na inozin
Fosforylovaný je lépe rozpustný (lze podávat orálně), je defosforylován
plazmatickými fosfatázami nebo na povrchu buněk a vstupuje do buněk
(HENT), kde je aktivován kinázami (podobně jako araC nebo gemcitabin).
DCK je totiž promiskutiní a fosforyluje i puriny, AMP kináza je specifická
a nukleosid difosfát kináza opět promiskuitní
Inkorporace do DNA zabrání elongaci. Inhibice DNA polymerázy, částečná
inhibice RNR (málo dATP zvyšuje inkorporaci dF-araATP) a inhibice ADA
deoxyadenozin
Fludarabin (Fludara)
(DEOXY) NUKLEOSIDOVÉ ANTIMETABOLITY
(PURINOVÉ)
dA
Klofarabin
(Cl-F-araA)
F-dává cukru zvýšenou
odolnost proti pH a
bakteriální PNP
Kladribin
(Cl-A-dRIB-in)
Kladribin
Fosforylován na Klof-TP
Rezistentní vůči ADA
inkorporace do DNA
Inhibitor DNA
polymerázy a RNR
Fosforylován na Clad-TP
Rezistentní vůči ADA
Inkorporace do DNA
Inhibice DNA pol
Inhibice RNR
Hydroxymočovina
Analogy nukleosidů
Analogy bází
Analogy kyseliny listové
ANTIMETABOLITY
Močovina
INHIBITOR RIBONUKLEOTID REDUKTÁZY
Hydroxymočovina
Neplést s nitrosoureou!
Někdy nepřesně řazena mezi antimetabolity
HYDROXYUREA (Hydroxymočovina)
dADP
dGDP
dCDP
dUDP
dTMP vzniká z dUMP tymidylát syntázou
ADP
GDP
CDP
UDP
RNR (hetrodimerický tetramer) RNR1 a RNR2
RNR2 má aktivní centrum s iontem železa
RIBONUKLEOTID REDUKTÁZA
Produkuje NO a tím stimuluje guanyl cyklázu
a další enzymy
Podobný efekt mají i jiné chelátory železa (např. Desferioxamin)
Váže kovy (Fe v
RNR) a inaktivuje
tyrosylový radikál
nutný pro redukci
NDPs
Hydroxyurea, Hydroxymočovina
Alkylace
s jiné
modifikace
Tvorba
volných
radikálů
Snížení
tvorby
hormonů
Účinek na
receptorech pro
steroidní
hormony
Kompetice
Antimetabolity
a
hydroxyurea
Účinek na mitotické
vřeténko
Interkalace
a inhibice
topoisomeráz
Poškození DNA nebo inhibice
syntézy
Účinek na
DNA
Klasická
Cytostatika
Inhibitory mikrotubulů dělicího vřeténka
Antimitotika
Látky s účinkem na mitotické vřeténku
Alberts – The molecular biology of the cell
Figure 17-28 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-36a,b Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-46 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-37 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 17-40 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 16-11 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 16-16c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 16-23b,c Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Liver epithelial cell
Liver epithelial cell + taxol
Inhibitory depolymerace (stabilizanty) - taxany
Inhibitory polymerace (destabilizanty) – vinca alkaloidy
Inhibitory mikrotubulů dělicího vřeténka:
NOKODAZOL (syntetický a nepříbuzný inhibitor)
Vinblastin
VINBLASTIN
(Noble and Beer 1957) Izolován a testován pro předpokládaný antidiabetický efekt, králík zemřel na infekci (drasticky snížený počet bílých krvinek)
VINKRISTIN
VINORELBIN (poosyntetický derivát)
Vinca alkaloidy
Vinca (Catharanthus) rosea (barvínek růžový)
Kolchicin (z ocúnu jesenního) – požíván již
nejméně od 1 století., protizánětlivý, k „očistě“ a později k léčbě dny
INHIBITORY POLYMERACE MT
VINBLASTIN
Nedojde k anafázi, nebo je v
ní buňka zastavena
• 1964
Cytotoxické účinky extraktů Taxus brevifolia (tis krátkolistý)
• 1968-71 Izolace a určení struktury účinné látky- taxolu
• 1979
Mechanismus účinku
• 1988
Výsledky prvních klinických studií (tisíce tun kůry T. B)
Avicenna (980-1037) používal výtažky Taxus baccata k léčbě srdečních
problémů (taxiny blokují Ca-kanály)
Taxany – PACLITAXEL a DOCETAXEL
INHIBITORY DEPOLYMERACE MT (stabilizanty)
! Izolace taxolu z Taxus brevifolia pro léčbu karcinomu ovária
a melanomů jen v USA by vyžadovala 360 000 stromů ročně!
Tis krátkolistý Taxus brevifolia (kůra)
1971
Paclitaxel & Docetaxel
Tis červený Taxus baccata (jehličí)
Tis krátkolistý Taxus brevifolia (kůra)
1986
1971
Paclitaxel & Docetaxel
OH
Od roku 1993 prekurzory produkovány s pomocí biotechnologií
(kultura buněk z tisů + endosymbiont Penicillium raistrickii
Taxany jsou ve skutečnosti syntetizovány symbiotickou houbou v kůře.
TAXANY
Alkylace
s jiné
modifikace
Tvorba
volných
radikálů
Snížení
tvorby
hormonů
Účinek na
receptorech pro
steroidní
hormony
Kompetice
Antimetabolity
a
hydroxyurea
Účinek na mitotické
vřeténko
Interkalace
a inhibice
topoisomeráz
Poškození DNA nebo inhibice
syntézy
Účinek na
DNA
Klasická
Cytostatika
…odstranění vaječníků vede ke prodloužení tvorby mléka
a změně vlastností vemene….
Charles Huggins
1930-1940s kastrace psa s nádorem prostaty vede ke
zmenšení nádoru, později pomocí „feminizace nebo „chemické
kastrace“ u mužů tentýž efekt
1966 – Nobelova cena (vztah hormonů, prostaty a nádorů)
1890 Overektomie žen s nádorem prsu s metastázami
vedla k ústupu nádorů!
(ovšem jen u části žen, u části zcela bez odezvy)
George Beatson (1848-1933, skotský chirurg)
Vazba estrogenu na ER (nemembránový receptor) vede k jeho dimerízaci,
lokalizaci do jádra, a transkripční regulaci vedoucí k proliferaci
1929 – struktura estrogenu
1968 – objeven estrogenový receptor (ER)
Tamoxifen nebrání ER-regulované transkripci, ale komplex tamoxifen-ER
spouští jinou sadu genů než komplex s estrogenem (nebo je odpověď
tkáňově specifická)
Není to typický antiestrogen, ale selektivní modulátor ERs
Tamoxifen
Hledání analogu estrogenu (jako způsob antikoncepce) vedlo k vývoji tamoxifenu
s opačným účinkem.
Klinické testy k potlačení nádorů prsu 1969-1970s
Vazba estrogenu na ER (nemembránový receptor) vede k jeho dimerízaci,
lokalizaci do jádra, a transkripční regulaci vedoucí k proliferaci
1929 – struktura estrogenu
1968 – objeven estrogenový receptor (ER)
ER1
Tamoxifen hydroxylován
jaterními enzymy
Tamoxifen
(prodrug)
chirurgická, radiační,
farmakologická
Ablativní léčba
- kastrace
Androgeny
Selektivní modulátory
estrogenových receptorů
Antiandrogeny
Antiestrogeny
Kompetitivní léčba
Estrogeny
(estradiol)
Tamoxifen
Inhibiční léčba
Inhibitory aromatáz
chirurgická, radiační,
farmakologická
Ablativní léčba
- kastrace
Možnosti léčby nádorů závislých na hormonech (nádory prsu a prostaty)
estradiol
tamoxifen
SERM (v některých tkáních jako
antiestrogen jinde jako estrogen)
fulvestrant
antiestrogen
kompetice s estrogeny o vazbu na ER receptory nebo blok receptoru
Antiestrogeny a selektivní modulátory ER (SERM)
Flutamid
testosteron
Nilutamid
Antiandrogeny - kompetice s testosteronem a dihydrotestosteronem o
O vazbu na androgenový receptor
(terapie karcinomu prostaty, v kombinaci s kastrací)
chirurgická, radiační,
farmakologická
Ablativní léčba
- kastrace
Androgeny
Selektivní modulátory
estrogenových receptorů
Antiandrogeny
Antiestrogeny
Kompetitivní léčba
Estrogeny
(estradiol)
Tamoxifen
Inhibiční léčba
Inhibitory aromatáz
chirurgická, radiační,
farmakologická
Ablativní léčba
- kastrace
testosteron
estradiol
Estrogeny jsou syntetizovány aromatázou z androgenů
Anastrozol
Terapie karcinomu prsu
Inhibitory aromatázy
Letrozol
Alkylace
s jiné
modifikace
Tvorba
volných
radikálů
Jiná než „klasická“ cytostaika?
Snížení
tvorby
hormonů
Účinek na
receptorech pro
steroidní
hormony
Kompetice
Agonisté
Antimetabolity
a
hydroxyurea
Účinek na mitotické
vřeténko
Interkalace
a inhibice
topoisomeráz
Poškození DNA nebo inhibice
syntézy
Účinek na
DNA
Klasická
Cytostatika
•……..?
• FOTODYNAMICKÁ TERAPIE
• DIFERENCIAČNÍ TERAPIE
• LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ SYNTÉZU A DEGRADACI PROTEINŮ
• LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ EPIGENETICKÉ ZNAKY
Inhibitory HDAC
Inhibitory DNMT
Výsledkem působení látek směrovaných na epigentické
změn je změna exprese mRNA a proteinů
DNA modifikace (metylace)
Modifikace histonů (acetylace, metylace…)
Změna struktury a aktivity chromatinu
Epigentické – děditelné znaky nezpůsobené změnami v sekvenci DNA
LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ EPIGENETICKÉ ZNAKY
(2´deoxy- 5´aza cytidin)
Výsledkem působení látek směrovaných na epigentické změn je
změna exprese mRNA a proteinů
Decitabin
Aza-cytidin
DNA metyltransferázy lze blokovat aza-analogy cytosinu
60% and 90% CpG je u savců metylováno.
Pro nádory je typická obecná HYPOMETYLACE ale i specifická
HYPERMETYLACE (silencing) tumorsupresorových genů.
Inhibitory DNA metlytransferáz (DNMTi)
cytidin
2´deoxy- 5´aza cytidin
Decitabin
Aza-cytidin
(Vidaza)
Decitabin
Aza-cytidin
dAza-CDP
Inkorporace do DNA
nevede k inhibici
replikace, ale k
inhibici metylace DNA
blokádou DNA
metyltransferáz (DNMT)
Aza-CDP
RNR
Fosforylován
Inkorporovánce do RNA
© 2004 Nature Publishing Group Egger, G. et al. Epigenetics in human disease and prospects for epigenetic therapy. Nature 429, 460 (2004).
Vede k obnově exprese mnoha (tumorsupresorových) genů.
Po inkorporaci do DNA vytvářejí aza-báze kovalentní vazby s DNMT, imobilizují je tak a
brání metylaci nových řetězců.
heterochromatin
euchromatin
Inhibitory histondeacetyláz
Histon deacetylázy (HDAC)
euchromatin
Cílem HDACi je spustit expresi vypnutých (tumorsupresorových) genů
heterochromatin
Histon acetyltransferázy (HAT)
V nádorové buňce převažuje deacetylace nad acetylací (silencing tumorsupresorů)
deacetylace core histonů vede k uzavření struktury chromatinu
acetylace (Lys) x deacetylace
metylace (Lys, Arg) x demetylace
fosforylace (Ser, Thr, Tyr)x defosforylace
a další
Acetylace core histonů vede k otevření struktury chromatinu
Modifikace histonů:
Inhibitory histondeacetyláz (HDACi)
heterochormatin
INHIBITORY HDAC
deacetylace
acetylace
Rodd et al. Lymphoma, Article ID 290685 (2012)
euchromatin
Inhibitory histondeacetyláz
inhibice HDAC
rozsáhlé změny
transkripčních programů a
aktivit proteinů
Nespecifický a široký efekt
na nádorovou buňku.
(indukce apoptózy, zástava
cyklu,indukce ROS, indukce
diferenciace)
Vedlejší (off target) HDACi
„snížení“ hypoacetylace dalších (nehistonových) proteinů – zvýšení jejich stability
(p53, tubulin, HSP90…)
Romidepsin (depsipeptid)
produkt Chromabacterium violaceum
Vorinostat
(SAHA, kyselina
suberanilohydroxamová)
Inhibitory histondeacetyláz (HDACi)
Inhibitory proteazómu
Inhibitory translace
L-aspargináza
LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ SYNTÉZU A DEGRADACI PROTEINŮ
Asp
L-aspargináza (Elspar) produkt E.coli, pouze
pro léčbu ALL
Podání L- asparaginázy sníží dostupný Asn v cirkulaci a nádor hladoví
Asn
L-aspargináza
Jsou závislé na asparaginu v cirkulaci
Některé nádorové buňky (ALL)
nedovedou syntetizovat neesenciální amk asparagin…
Inhibice translace blokem prvního elongačního kroku (AMK po Met).
Interaguje s A-místem na ribozómu a brání správnému umístění aminokysleliny
z přicházející aminoacyl-tRNA. Funguje v první elongaci při translaci, nebrání
však translaci, která již začala.
Cephalotaxus harringtonii (hlavotis peckovicový)
Homoharringtonin
(omacetaxin mepesukcinát)
Inhibice translace
HH
HH
Ubiquitin ligázy X deubiquitinylační enzymy
Polyubiquitinylace proteinů
Degradace v proteazomu
Inhibice degradace proteinů
Increased
proliferation
Degradace tumorsupresorů v proteazomu je zvýšená u nádorových
buněk
(IB, cykliny, p53, BAX, NOXA, p21, p27..)
Proteasome
inhibition
regulace NFB degradací IB v proteazomu
Bortezomib
Proteasome
inhibition
regulace NFB degradací IB v proteazomu
Další inhibitory jsou v klinických testech (Carfilzomib, Ixazomib)
Inhibuje chymotryosin-like aktivitu
(specificita - Tyr, Phe, Trp )
vazba na podjednotku 5
Bortezomib
Bortezomib (Velcade, dipeptidový derivát kyseliny boronové)
Příští přednáška se koná až za 14 dní – 2. dubna 2014
Difernciační terapie
Fotodynamická terapie
Inhibitory kináz
monoklonální protilátky
A další cílené zásahy
…