Antimetaboliti antitumorali: inibitori DHFR · IIn sperimentazione nella terapia del T-Cell linfoma...

Antimetaboliti antitumorali: inibitori DHFR

Nome genericoTrade

Name®Fharma Ind

Prop.Classe chimica

Analoghi Ac. Folico

Methotrexate (Metotrexato, Metotressato)

Albitrexate

Raltidrexed

Pemetrexed

Tomudex

Alimta

NeiMammiferi

Nei Batterie Piante

GTP

Enzima presente in tutti gli organismi ma con differenze di specie

(Isoenzimi)che permettono una inibizione specie-

selettiva

Diidropteroato-Sintetasi

Biosintesi dell’ Acido folico (FH; FH4)

Diidropteridina difosfato

N

N N

N

H2N

CH2

OH

H

O P O P OH

O O

OH OH PABA

H2N COOH

Acido diidropteroico

N

N N

N

H2N

CH2

OH

H

NH

COOH

Acido diidrofolico

N

N N

N

H2N

CH2

OH

H

NH

CO

NH

CH COOHCH2CH2HOOC

Sulfamidici

H2N SO2NHR

Acido tetraidrofolico

+ 2HN

N N

N

H2N

CH2

OH

H

NH

CO

NH

CH COOHCH2CH2HOOC

H

Acido L-Glutammico

CH COOHCH2CH2HOOC

NH2

+ 2H

Acido

folico

N

N N

N

H2N

CH2

OH

NH

CO

NH

CH COOHCH2CH2HOOCAntifolici

Diidrofolato-Reduttasi

510

Diidropteridina difosfato

Ac. diidropteroico

PABA+ Ac. diidrofolico

Ac. tetraidrofolico

Diidropteroato sintetasi Sulfamidici STOP

Acido diidrofolico Acido tetraidrofolico

ANTIFOLICI

Diidrofolatoriduttasi

Trimetoprim

(batteri)

STOP

Metotressato

(cellule deimammiferi)

STOP

Pirimetamina

(protozoi)

STOP

FORME DI TRASPORTO DI UNITÀ MONOCARBONIOSE

N

N

N

NH2N

O CH3 N

H

H

H

N5 – Metil- FH4

N5 – formil – FH4

N

N

N

NH2N

O C N

OH

H

H

H

N5, N10 – metilen-FH4

N

N

N

NH2N

O CH2 N

H

H

N

N

N

NH2N

O N

O

H

H

H

H

N10 – formil – FH4

N

N

N

NH2N

O C N

H

H

H

N5, N10 – metenil – FH4N5 – formimmino – FH4

N

N

N

NH2N

O C N

NHH

H

H

H

5

10

Aminopterina (anticancro)N

N

N

NH2N

CH2 NH CO NH CH CH2 CH2 COOH

COOH

NH2

N

N

N

NH2N

CH2 N CO NH CH CH2 CH2 COOH

COOH

NH2

CH3Metotressato (ametopteina)

(anticancro)

Attività antitumorale: esaurimento dei folati

endocellulari per inattivazione dell’enzima

(diidrofolatoreduttasi), inibizione indiretta della

timidilatosintetasi e di enzimi folato-dipendenti

interessati nella sintesi delle basi puriniche.

Gli effetti collaterali interessano la cute, l’apparato

digerente, l’apparato urogenitale e il sistema

nervoso centrale. I più comuni includono

leucopenia, stomatite ulcerativa, nausea e disturbi

addominali, febbre, vertigini e minor resistenza alle

infezioni.

ANTAGONISTI DELL’ACIDO FOLICO (Antifolici)Inibitori aspecifici della diidrofolato-reduttasi (non selettivi)

N

N N

N

H2N

CH2

OH

NH

CO

NH

CH COOHCH2CH2HOOC

Acido Folico

5

Pralatressato.

10-propargil-10-deaza-amminopterina

IIn sperimentazione nella terapia del T-Cell linfoma resistente

No N

Inibitore della DHFR.

Usato nella terapia del breast cancer, mesothelioma, colon cancer, pancreatic cancer

and non small cell lung cancer.

PEMETREXED

No N

LEUCOVORINA

Sale di calcio dell’acido folinico, viene usato per contrastare gli effetti tossici

degli antagonisti dell’acido folico.

E’ anche consigliata nel trattamento delle anemie megaloblastiche e come

aggiunta alla cianocobalamina nel trattamento dell’anemia perniciosa.

N

N

N

N

CH2

H2N

O CHO

NH CO NH CH CH2

COO-

CH2 COO-

H H

Ca++

N

N N

N

H2N

CH2

OH

NH

CO

NH

CH COOHCH2CH2HOOC

• Antimetaboliti;• Inibitori della biosintesi dell’acido uridilico;• Inibitori della biosintesi di 2’-deossiribonucleotidi;• Inibitori della biosintesi dell’acido timidilico;• Inibitori della diidrofolatoreduttasi (DHFR);

acido uridilico (uridina monofosfato, UMP)→nucleotidi pirimidinici

enzima mitocondriale

Biosintesi dell’ UMP

Redei, I., Green, F., Hoffman, J. P., Weiner, L. M., Scher, R., and O’Dwyer, P. J.

Invest. New Drugs 1994, 12, 319.

Clinical trials, normally in combination with 5-fluorouracil (5-FU), another

pyrimidine antimetabolite.

N-phosphonoacetyl-L-aspartate transition state analog

Inibitori DNA polimerasi

deossiribonucleoside trifosfato

ribonucleoside

monofosfatoribonucleoside

difosfato

deossiribonucleoside

monofosfato

ribonucleotide

reduttasi (RNR)

• Antimetaboliti;• Inibitori della biosintesi dell’acido uridilico;• Inibitori della biosintesi di 2’-deossiribonucleotidi;• Inibitori della biosintesi dell’acido timidilico;• Inibitori della diidrofolatoreduttasi (DHFR);

or NDPR

Struttura e ciclo catalitico della RNR (ribonucleotide reduttasi)

radicale tirosilico

radicale tirosilico

Struttura e ciclo catalitico della RNR

radical anione

radicale

tautomeria tra C2-C3

riduzione Cys 462

radical anione

Radical scavengers - Inibitori della RNR

idrossiurea

• leucemia granulocitica cronica,

• policitemia,

• trombocitosi,

• --

Oncocarbide

+ imatinib (inib. tirosin kinasi)

NO Vasodilatatore (AT)

Tiosemicarbazonechelante Fe2+/3+

Acido idrossamico (chelanti di ioni Ferro e Zinco)cfr inibitori HDAC

Analoghi di substrato - inibitori della RNR(analoghi con modifiche al C2)

Tezacitabina (fluoromethylene

deoxycytidine,FMdC) Phase

II trial in patients with gastro

esophageal cancer

HO

OHO

N

N

NH2

O

FH

C-2’

FMdC→ PPO-FMdC→ PPPO-FMdC

inib.irr. RNRDNA chain terminator

(radicale particolarmente

Stabile)

GENCITABINA (Genzar, Lilly)

Antimetabolita pirimidinico (Analogo di substrato -inibitore della RNR)

Viene usato nel trattamento del tumore polmonare a cellule non

piccole (NSCLC), e nel tumore del pancreas. E’ un “profarmaco”

che viene trasformato nella forma attiva attraverso una

fosforilazione (di e trifosfato) ad opera di una deossicitidina chinasi.

E’ nota una attività sinergica con altri antitumorali (cis-platino).

N

N

NH2

O

OHO

F

F

HO

Analoghi di substrato - inibitori della RNR

HO

OHO

N

N

NH2

O

F

F

Gemcitabine (difluorodeoxycytidined

FdC)(anche inibitore DNA

polimerasi)

radicale 2.20

l’effetto captoadattivo

dell’ossigeno del THF

(elettrone spaiato adiacente sia

ad gruppo elettron-attrattore

che elettron-repulsore.

Inibitori allosterici della RNR

PNP=purina nucleoside fosforilasi

meccanismo di

feedback per

accumulo della

deossiguanosina

trifosfato

Livelli

patologicamente

elevati→Inibizione

allosterica della RNR

Modulazione risposta

immunitaria cellule T:

Linfoma, leucemia

acuta/prolinfocitica

Inibitori allosterici della RNR

9-deazanucleoside

• Antimetaboliti;• Inibitori della biosintesi dell’acido uridilico;• Inibitori della biosintesi di 2’-deossiribonucleotidi;• Inibitori della biosintesi dell’acido timidilico;• Inibitori della diidrofolatoreduttasi (DHFR);

Inibitori della biosintesi dell’acido timidilicoTimidilato sintasi

Piridossale

fosfato (cfr

vit.B6)

Serina

idrossimetil

transferasi

N

OHO

H O

P

O

OO

Diidrofolato

reduttasi

cfr acido folico

Timidilato

sintasi, (TS)

Metilazione riduttiva:

trasferimento di unità

monocarboniosa dal

cofattore 5,10-

metilenetetraidrofolato

alla posizione 5

dell’anello pirimidinico

Inibitori della timidilato sintasi: fluoropirimidine

5-fluorouracile (5-FU, generico)

Trattamento palliativo del carcinoma

della mammella, del colon, del retto,

dello stomaco e del pancreas

HN

NH

O

O

F

HN

N

O

OHH

HO

O

O

F

Floxuridina (5-FUdr)modesta biodisponibilità

Prdrugs→attivazione metabolica

5-FU

5-FUdr

5-fluorouridina

monofosfato (5-FUMP)5-FUDP

5-fluoro-2’-deossiuridina

monofosfato (5-FdUMP)

5-FdUTP 5-FdUDP

Inibizione Timidilato

Sintasi (TS)

Incorporazione nel

DNA

Ribonucleotide

reduttasi

Orotico fosfo

ribosil transferasi

5-FUTP

Incorporazione nell’

RNA

Ciclo catalitico della timidilato sintasi (TS)

Timidina monofosfato

Michael

catione metilenimminio

b-eliminazione

transfer idruro

Michael

Meccanismo di inibizione

La b-eliminazione

non è possibile

(inibitore suicida)

Meccanismo dell’azione antitumorale del 5-FU

Prodrugs del 5-FUi (bioattivazione): ftorafur (Tegafur® o.s.)

Idrossilazione microsomiale (5’ tetraidrofurano)

aldeide succinica

Idrolasi citosoliche

Prodrugs del 5-FUi (bioattivazione): doxifluridina

Timidina

fosforilasi

Livelli alti in molti tumori solidi

(colon-rettale, seno, reni)

Capecitabine

Derivato carbammico della 5F-citosina

E’ un profarmaco della 5’-deossi- 5F-uridina che viene a sua voltaconvertita in 5-FU

Il 5-FU è un antimetabolita CCS ( Fase S)

Viene usato per il trattamento del cancro al seno (seconda linea)

5’-deossi

Prodrugs del 5-FU (bioattivazione): multiple prodrug

carbossiesterasi

fegato

citidina

deaminasifegato e

tumore

tumore

timidina

fosforilasi

Capecitabina 5’-deossi-5-fluorocitidina

5’-deossi- 5-

fluorouridina

• carcinoma colon-

rettale metastatico,

• cancro al seno

metastatico,

• Antimetaboliti;• Inibitori della biosintesi dell’acido uridilico;• Inibitori della biosintesi di 2’-deossiribonucleotidi;• Inibitori della biosintesi dell’acido timidilico;• Inibitori della diidrofolatoreduttasi (DHFR);

5,10-metilene-THF

5,10-metenil-THF

Metotrexato

(generico, Reumaflex, Securact)

Artrite reumatoide, psoriasi

MTX è 3 unità di pKa più

basico dell’acido folico

Sono sostanze che presentano una stretta somiglianza strutturale

con alcuni metaboliti naturali necessari per lo svolgimento di

funzioni biologiche vitali.

Esercitano il loro effetto interferendo con l’utilizzazione del

metabolita essenziale: ne impediscono la biosintesi o si

sostituiscono ad esso come “falso metabolita”

ANTIMETABOLITI

MECCANISMO D’AZIONE

N

N NH

XN

Y

R1

HN

N

O

O

R1

R3

ANTIMETABOLITI di BASI PURINICHE

Pirazolo-adenina

Antitumorale Allopurinolo

Uricosurico

8-azaguanina

Antitumorale

6-mercaptopurina

Antileucemico,

immunosoppressivo, per os

Tioguanina

Antileucemico, per os

Azatioprina

Antileucemico

immunosoppressivo,

per os e i.m.

Tiamiprina

Antileucemico

N

N NH

N

NH2

HN

N NH

NN

O

H2N

N

N NH

N

SH

HN

N NH

N

S

H2N

N

N NH

N

S

N

N

N+O–

O

N

N NH

N

S

N

N

N+O–

O

H2N

N

N NX

N

Y

R1R2

O

O

OH

CH2HO

H

N

N

N

N

NH2

Vidarabina

(Ara-A)

Herpes e Varicella

6-Azauracile

Topico nel cancro

della pelle

5-Fluorouracile

(5-FU)

Adenocarcinomi

Trifluorotimina

Herpes

ANTIMETABOLITI di BASI PIRIMIDINICHE e di NUCLEOSIDI

Herpes e Varicella

(in vivo)

Citarabina

(Ara-C)

Antitumorale e

Antivirale

N

NO

NH2

O

O

OH

CH2HO

H

Iodouridina

Inattivo

N

NO

O

IH

O

OH

CH2

OH

HOFlossiuridina

(FUDR) Herpes S.

(in vitro)

6-Azauridina

(AZUR)

Antileucemico

N

NN

O

O

H

O

OHOH

CH2HO

Idossuridina

(IUDR)

(topico)Herpes S. e Varicella

N

NO

O

FH

O

OH

CH2HO

N

NO

O

IH

O

OH

CH2HO

HN

NH

N

O

O

HN

NH

O

O

FHN

NH

O

O

CF3

Meccanismo d’azione degli antimetaboliti pirimidinici

N

N

N

O

NH2

O

OH

CH2

OH

HO

5-Azacitidina

N

NN

O

O

H

O

OHOH

CHHO

6-Azauridina (AZUR)

6-Azaribina p.os

(2’, 3’, 5’ OAc)

N

NO

NH2

O

O

OH

CH2HO

H

Citarabina (Ara-C)

i.v.

N

NO

O

IH

O

OH

CH2HO

Idossuridina

(IUDR)

NH2

C

NHOH

O

Idrossiurea

N

N

N

N

CH2

H2N

N CO NH CH CH2

COOH

CH2 COOH

R

NH2

Antifolici: Aminopterina (R = H); Metotrexato (R = CH3) i.m.

Ribosio (P)

Acido aspartico

Carbamil-fosfato

N

NO

O

H

O

OH

CH2

OH

OP

Ac. Uridilico

(UMP)

N

NO

O

H

O

OH

CH2OP

Ac. desossiuridlico

(d-UMP)

N

NO

O

CH3H

O

OH

CH2OP

Ac. timidilico

(d-TMP)

Timidilato

sintetasiDNA

DNA

polimerasi

N

NO

O

COOH

H

O

OH

CH2

OH

OP

Ac. orotidilico

(OMP)

Feed-back

negativo

N

NO

O

FH

O

OH

CH2HO O

Ftorafur

5-Fluorouracile (DR) i.v.

5-Flossuridina (FUDR) i.v.

R =

R

2

3

5-FU: Meccanismo di inibizione

della Timidilato Sintasi (TS)

TS

TS

TSTS TS

TSTS

TS= Timidilato Sintetasi

Stable

Meccanismo d’azione degli antimetaboliti purinici

O

OH

CH2

OH

P O

OH

N

N

N

N

Ac. Inosinico (IMP)

O

OH

CH2

OH

P O

OH

N

N

N

N

HO

Ac. xantidilico (XMP)

O

OH

CH2

OH

P O

OH

N

N

N

N

H2N

Ac. guanilico (GMP)

O

OH

CH2

OH

P O

NH2

N

N

N

N

Ac. adenilico (AMP)SH

N

N

N

N

H2NH

Tioguanina (TG)

d-AMP d-GMP

NH2

C

NHOH

O

Idrossiurea

DNA

O

OH

CH2

OH

O

P OHO

O

O

OH

CH2

OH

O

N

O

NH2PHO O

NH2

N

N

N

N

+

NAD

SH

N

N

N

N

H

6-Mercaptopurina

(MP)

Precursori:

Ribosio (P)

Glicina

Ac. Formico

Glutamina

Ac.aspartico

Meccanismo di azione della Clofarabina : In. DNA polim.

47

Arranon : Nelarabine (GSK)

Attiva contro tumori ematologici : T-cell ALL ( Acute Limphoblastic Leukemia) e T-cell LL (Limphoblastic Limphoma)

Pentostatin (co-Vidarabine)

• E’ un inibitore della Adenosine Deaminase ( inibitore dello stato di transizione) : alti livelli di dATP bloccano la sintesi del DNA .Incorporazione nel DNA, dopo attivazione, come falso nucleotide purinico. La citotossicità è ciclocellulare specifica

• E’ usato come antileucemico (HCL : hairy cell leukemia).

• Recentemente è stato sperimentato con successo nella cura della della CLL (Chronic Lymphocitic Leukemia) in associazione con Ciclofosfamide e Rituximab ( un MAB chimerico murino/umano diretto contro l’ antigene CD 20 presente sulla membrana di cellule di B-linfociti normali e maligni.

N

N

NO

NH

H

OH

OH

OH

Truvada, tenofovir and emtricitabine

DIA ADDIZIONALI

Prodrugs del 5-FUi (bioattivazione): • Emitefur;• 5-fluoro-2-pyrimidinone (5-FP).

Modulazione dell’attività del 5-FU:• riduzione della degradazione metabolica;• amplificazione dell’inibizione della TS;• amplificazione dell’attivazione del 5-FU;

Inattivo: non può

reagire (addizione di

Michael) al sito

nucleofilico.

Cosomministrazione di grandi qt.

di 5-FU. Saturazione della (DPD)

didropirimidina

deidrogenasi (DPD)

Inibizione della DPD

Formulazione UFT =

4/1, Uracile/ftorafur

Eniluracile

5-cloro-2,4-

diidrossipiridina

(CDHP, Gimestat)

Formulazioni: 5-FU+ Gimestast o

Eniluracile → (FDA, farmaco orfano,

epatocarcinoma)

Modulazione dell’attività del 5-FU:• riduzione della degradazione metabolica;• amplificazione dell’inibizione della TS;• amplificazione dell’attivazione del 5-FU;

5,10-metilene-tetraidrofolato

5,10-metinil-tetraidrofolatoLeucovorina (LV)

Formulazione Orzel =

5-FU+Ftorafur+LV

reduced folate carrier (RFC) without

requiring the participation of DHFR

Modulazione dell’attività del 5-FU:• riduzione della degradazione metabolica;• amplificazione dell’inibizione della TS;• amplificazione dell’attivazione del 5-FU;

Sintesi della Clofarabina