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Intercalación a ADN
Pedro García Química Medicinal II UCR
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Intercalación a ADN
• Antraciclinas, mitoxantrona,
actinomicinas
• Anillos planos aromáticos
(heteroaromáticos) se insertan en el
ADN adyacente a las bases y
perpendicular al eje.
• Sin alterar el patrón de puentes de H
de Watson-Crick.
• Sustituyentes: mk unión, geometria
complejo ADN-ligando, selectividad
por secuencia
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Intercalación en ADN
• Intercalador pasa de acuoso a hidrofóbico (entre
pares de bases)
• Termodinámica favorable: entropía positiva, (efecto
hidrofóbico).
• ADN debe cambiar conformación
– Hélice se distorsiona (cadena azúcar-fosfato y ángulos
entre pares de bases sucesivas)
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Intercalación de ADN
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Intercalación ADN
• Complejo se estabiliza por interacción no covalente
–
–
–
–
Interacción Van de Walls y pi-pi (anillos)
Disminuye repulsión entre fosfatos??
Interacciones entre cargas (droga-fosfato)
Puentes H
• Poco selectivos: prefieren regiones G-C
• Interfieren en reconocimiento de ADN y función de
proteÍnas
– Polimerasas, factores de transcripción, reparación de ADN,
topoisomerasas especialmente
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Topoisomerasas
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DNA Topoisomerasas
• Topoisómero: “Secciones idénticas de ADN con
diferente número de giros”
• DNA topoisomerasas: enzimas que regulan la
geometría 3D, interconversión de isómeros y
relajación del ADN.
• Relacionado con superenrrollamiento de ADN,
esencial en replicación y transcripción
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DNA topoisomerasas
• Topoisomerasa I rompe una hebra,
• Topoisomerasa II rompe ambas y necesita ATP para funcionar.
• La enzima se une al ADN por tirosinas
– Trans esterificación con fosfatos: clivaje y unión
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Mecanismo ADN Topoisomerasa I
• Ataca una sola hebra
– Rompimiento: unión 3’-fosfotirosil
– Unión: 5’-hidroxil ataca fosfato
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Mecanismo ADN topoisomerasa I
• Rompe
transitoriamente una
hebra, cataliza
liberación de tensión
en la hélice.
– En zonas de
transcripción activa
de ARN
• La enzima se ancla a
porción 3’
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Mecanismo de ADN Topoisomerasa II
• Homodímero / ATP
• Rompimiento doble (dos hebras) transitorio
– Unión covalente 5’-fosfotirosil (ambos
monómeros)
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Mecanismo ADN topoisomerasa II
• Rompimientos separados por 4 bases
– Genera espacio para que pase ADN
– Unión, se disocia de la enzima y se libera
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ADN topoisomerasa II
• Fármacos que actúan a este nivel
– Intercaladores: interfieren en rompimiento y unión de ADN
• Venenos de topoisomerasa
• Eficientes inductores de apoptosis
• Resistencia: expresión de enzimas
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Inhibidores topoisomerasa II
• Atrapan segmento G intermediario
– Bloquea unión
• Ejemplos:
– Derivados de acridina
– Antraciclinas
– No intercaladores: etopósido
Intercaladores
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Antraciclina-inhibidor topoisomerasa II
• Forma complejo con ADN y topoisomerasa
– Inhibe replicación y transcripción
– Azúcar es crucial para estabilizar complejo y actividad
antitumoral
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Antraciclina-inhibidor topoisomerasa II
• Mitoxantrona también puede generar complejo
– Sustitución isostérica: C anillo por N; aumenta afinidad
ADN??
– Permite prescindir de fenoles (quelantes-cardiotoxicidadradicales)
– Pixantrona: menos cardiotóxica.
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Inhibidor Topoisomerasa II – No intercalantes:
Etopósido
• Derivados de resina de podofilina-medicina tradicional
• Compuesto más activo en resina podofilotoxina
• Etopósido y tenipósido
– Derivados de 4-epipodofilotoxina
Radicales
(semiquinona)
contribuyen al
rompimiento del ADN.
4’-OH esencial, 4’-Ome
es menos activo
Problema: LMA
secundaria a tratamiento
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Inhibidor Topoisomerasa II – No intercalantes:
Etopósido
• Depende del ciclo y fase específico
– Fase S y G2
• Daño a ADN por inhibición de TI II
– Inhibe unión del ADN cortado
• Se activa por redox y produce derivados que se unen
a ADN
– Metabolito O-desmetilado (misma potencia), se oxida a
una orto-quinona (inhibidor potente)
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Inhibidor Topoisomerasa II – No intercalantes:
Etopósido
• Ejemplo sustituciones
– Cadenas aminoalquiladas
(mejora solubilidad y
asociación a fosfatidilserina
= acumulación en
pulmones)
– Fosfato (Prodroga)
– Perfluorinada: aumenta
lipofilicidad, activa contra
topo I y II
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Inhibidor topoisomerasa I
Camptotecinas
• China: Camptotheca acuminata
•
Veneno para topoisomerasa I
• Camptotecina facilitó descubrimiento
de Topoisomerasa I como blanco
– Poca solubilidad y mucha toxicidad
– SAR: sustituyentes en A y en C7 de B
no afectan actividad / anillo lactona
en E es esencial
– Topotecan: que se pretendía???
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Irinotecan (CPT-11)
• Prodroga para evitar toxicidad.
– Carboxilesterasa: SN-38
• Sinergismo con cisplatino.
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Nuevas Campotecinas
• Específico fase S
• Lactona inestable de seis miembros (actividad)
– Condiciones fisiológicas: hidroxiácido inactivo
– Metabolito se une a albúmina
• Homocamptotecinas: lactona de siete miembros
– Mejora estabilidad en plasma y mantiene actividad
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CPT actúan como veneno de TI I
Blanco: complejo enzima-ADN
Estabiliza el complejo
La mayoría de CPT interactua con el complejo, la región C7-C10
queda fuera interaccionando con moléculas de agua de la capa de
hidratación
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Microtúbulos
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Microtúbulos
• Estructuras filamentosas intracelulares
– Morfología, movimiento, huso mitótico
• 13 protofilamentos paralelos formados por adición
no covalente de dímeros de tubulina
– Proteínas: subunidad alfa y beta
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Microtúbulos
• División celular: microtúbulos se despolimerizan y
se polimerizan para formar el huso.
• Drogas: se unen a tubulina ó a microtubulo
– Cuál sería su acción?
• Principal blanco de productos naturales
– Muchos sitios en tubulina ó en microtúbulos, bloqueando
mitosis
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Microtúbulos
• Clasificación basado en comportamiento a
altas concentraciones:
– Inhibidores de polimerización de microtúbulos
– Estimuladores de polimerización
– A bajas concentraciones ambas actúan
estabilizando el uso mitótico.
Importante: Sinergia
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Microtúbulos
• Clasificación por “sitios de unión” con
tubulina:
– Vinca
– Colchicina
– Taxol
– Se han descubierto otros sitios
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Alcaloides de
la vinca
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Inhición de polimerización de microtúbulos - Vinca
• Catharanthus roseus – hojas
– Vincristina y vinblastina
– Estructura y mecanismo similar,
diferente toxicidad y espectro
antitumoral
• Semisintéticos:
– Vindesine, vinflunine,
vinorelvine
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Alcaloides naturales de la vinca y análogos
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Alcaloides de la vinca
Se une a unidad beta de
dímeros de tubulina
(“dominio vinca”)
Desplaza equilibrio hacia la
despolimerización y
destrucción del huso a cn
de 10-100 nM
Bloquea mitosis: detiene
ciclo en metafase
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Alcaloides de la Vinca
• A concentración baja (0,8 nm): huso no se destruye
pero se bloquea mitosis
– Célula muere por apoptosis
• Desventajas
– Neurotoxicidad---> por microtúbulos en neuronas
– Resistencia: sobreexpresión de Pgp-170
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Productos naturales marinos en sitio
“Vinca”
• Mecanismo de defensa
•
•
•
•
•
Halicondrinas
Dolastatinas
Hemiasterlinas
Criptoficinas
Espongistatinas
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Halicondrina B: poliéter macrólido de esponja
• Escaso: Síntesis y análogos (lactona biodegradables,
sustitución por cetona)
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Dolastatina 10: péptido de molusco
– No muy activo
– Análogos: Sintadotin (activo vía oral)
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Hemiasterlina: esponja
• Criptoficina: depsipéptido de
cianobacteria, también
antifúngico.
– Unión fuerte, poco reversible
– Poca resistencia por Pgp-170
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Productos naturales marinos en sitio
“Vinca”
• Espongistatina: lactona macrocíclica, esponjas.
Tumores sólidos
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Colchicina
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Colchicina
• Alcaloide de Colchicum autumnale
– Se une a sitio de colchicina en tubulina
– Muy importante en estudios, pero muy tóxica
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Colchicina
• Despolimeriza micrótubulos a altas concentraciones y
estabiliza la dinámica de microtúbulos a bajas
concentraciones.
• Se une a tubulina soluble, formando complejo que
copolimeriza al final del microtúbulo e interfiere en la
dinámica.
– Se une más fuerte que la tubulina libre
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Colchicina – factores estructurales
• Importante para unión
y actividad:
– 9-cetona
– Metoxi en 1, 2 y 10
– 7-cetoamida no es
necesaria, pero la
estereoquímica sí
– Anillo B: responsable de unión irreversible
• Relacionado con toxicidad
– Anillo C: puede ser sustituido por un benzeno
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Combrestatinas
•
•
•
•
•
Árbol: Combrettum caffrum
Similaridad colchicina
Rápida unión a tubulina
cis: crítico para actividad
Poco soluble  prodrogas
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Taxanos
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Taxanos
• Taxus brevifolia: Paclitaxel (Taxol)
–
–
–
–
Producto natural más importante en quimioterapia
Antes de síntesis: 360 g/ 4000 árboles (ensayo clínico)
Taxus baccata: compuesto relacionado (1 g/kg)
Semisíntesis para dar paclitaxel y docetaxel (más soluble)
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Taxanos
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Taxanos
• Paclitaxel y docetaxel estabilizan el huso
mitótico
– Se une a subunidad beta de tubulina
– Detiene el ciclo en G2/M
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Taxanos
• Limitaciones
– No permite administración vía oral
– Resistencias: mutación en tubulina, Pgp-170
– Vehiculos: Paclitaxel (Cremophor EL)
Docetaxel (Tween 80/etanol)
• Cremofor causa hipersensibilidad en muchos casos
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Análogos Taxanos
• Mejor farmacocinética
• Ortataxel: vía oral, mayor potencia
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SAR Taxanos
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Mitomicina
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Mitomicina
• Quinona, Streptomyces caespitosus
• Gran capacidad reductora y alquilante
– Tumor: hipóxico, no hay efecto de O2
– Radiosensibilizadores
• Mk: Activación por bioreducción in situ
– Reducción a semiquinona
– Reducción a hidroquinona
– Eliminación de metanol da derivado iminio
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Mitomicina- Mk: Activación por bioreducción in situ
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Mitomicina
Puente cruzado
interhebra específico a
5’-CG
Puente cruzado
intrahebra específico a
5’-GG
Selectividad por puente
de hidrógeno entre N-2
de grupo amino de
guanina y un oxígeno
del carbamato
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