Ústav patologické fyziolgie 1. LF UK Jiří Petrák Cytostatika mechanismus účinku, terapie a rezistence

Transkript

1 Cytostatika mechanismus účinku, terapie a rezistence Jiří Petrák Ústav patologické fyziolgie 1. LF UK jpetr@lf1.cuni.cz

2 genotoxické látky a antimetabolity Klasická Cytostatika Účinek na DNA Poškození DNA nebo inhibice syntézy Účinek na mitotické vřeténko Účinek na receptorech pro steroidní hormony Kompetice Snížení tvorby hormonů Alkylace s jiné modifikace Tvorba volných radikálů Interkalace a inhibice topoisomeráz Antimetabolity a hydroxyurea Poškození existující DNA (genotoxicita) Poškození DNA při syntéze, interference s ní a další efekty

3 ANTIMETABOLITY Analogy kyseliny listové Analogy bází Analogy nukleosidů Hydroxymočovina

4 (DEOXY) NUKLEOSIDOVÉ ANTIMETABOLITY Werner Bergmann (1945) Snaha o izolace steroidů z mořské houby Cryptotethia crypta- extrakce do acetonu (zisk velkého množství čisté krystalické látky) spongothymidine "3-beta-D-arabofuranosylthymine" spongouridine is "3-beta-D-arabofuranosyluracil" arat

5

6 DEOXYNUKLEOSIDOVÉ ANTIMETABOLITY (PYRIMIDINOVÉ)

7 DHFR karbamoyl fofsát Ribózo 5-P PPi UMP kys. listová UDP (d)udp DHF THF dump (d)utp Metylen-THF THYMIDYLÁT SYNTÁZA CTP syntáza TYMIDIN KINÁZA dtmp du dt dttp PYRIMIDINY UK uridin Uridin fosforyláza U Syntéza De novo DCTP DEAMINÁZA Salvage dráha (d)ctp NUKLEOTID DIFOSFÁT KINÁZA dcdp dcmp CYTIDYLÁT KINÁZA dc DEOXYCTIDIN KINÁZA

8 Cytarabin (arac, cytosinarabinosid) V praxi cca od roku 1965 Terapie leukemíí a některých lymfomů Vstup do buňky přes membránu nebo transportérem. V buňce je postupně fosforylován v salvage dráze na aractp

9 Human equilibrative nucleoside transporter 1, 2 Cytarabin( arac,cytosinarabinosid) hent Vstup do buňky přes hent transportéry (při vysokých dávkách pasivně přes membránu) Při replikaci inkorporace do DNA a zastavení elongace DEOXYCYTIDIN KINÁZA DEOXYCYTIDYLÁT KINÁZA NUKLEOSID DIFOSFÁT KINÁZA Salvage dráha pyrimidinů CYTIDIN DEAMINÁZA 5 NUKLEOTIDÁZA DEOXYCYTIDYLÁT DEAMINÁZA

10 Gemcitabin (2,2 difluordeoxycytidin, Gemzar) di-fluorovaný analog deoxycytidnu Aktivace stejná jako u arac. DifluorodeoxycytidinTP se inkorporuje do DNA kromě toho inhibuje ribonukleotid reduktázu

11 Human equilibrative nucleoside transporter 1, 2 dfdc Gemcitabin (dfdc) hent Vstup do buňky přes membránu (při vysokých dávkách) a/nebo hent transportéry Při replikaci inkorporace do DNA a zastavení elongace Inibitor RNR DEOXYCYTIDIN KINÁZA DEOXYCYTIDYLÁT KINÁZA NUKLEOSID DIFOSFÁT KINÁZA CYTIDIN DEAMINÁZA dfdc dfdu dfdcmp dfdcdp dfdctp 5 NUKLEOTIDÁZA dfdump DEOXYCYTIDYLÁT DEAMINÁZA Inhibuje ireverzibilně ribonukleotid reduktázu

12 Troxacitabin (2005) nepřirozený L-enantiomer všechny ostatní analogy jsou D-enantiomery Je fosforylován, inhibuje DNA pol a je to chain terminator

13 (DEOXY) NUKLEOSIDOVÉ ANTIMETABOLITY (PURINOVÉ) Fludarabin (Fludara) deoxyadenozin 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

14 Kladribin (Cl-A-dRIB-in) Klofarabin (Cl-F-araA) F-dává cukru zvýšenou odolnost proti ph a bakteriální PNP da Kladribin Fosforylován na Clad-TP Rezistentní vůči ADA Inkorporace do DNA Inhibice DNA pol Inhibice RNR Fosforylován na Klof-TP Rezistentní vůči ADA inkorporace do DNA Inhibitor DNA polymerázy a RNR

15 ANTIMETABOLITY Analogy kyseliny listové Analogy bází Analogy nukleosidů Hydroxymočovina

16 Močovina HYDROXYUREA (Hydroxymočovina) Někdy nepřesně řazena mezi antimetabolity Hydroxymočovina Neplést s nitrosoureou! INHIBITOR RIBONUKLEOTID REDUKTÁZY

17 RIBONUKLEOTID REDUKTÁZA RNR (hetrodimerický tetramer) RNR1 a RNR2 RNR2 má aktivní centrum s iontem železa ADP GDP CDP UDP dadp dgdp dcdp dudp dtmp vzniká z dump tymidylát syntázou

18

19 Hydroxyurea, Hydroxymočovina Váže kovy (Fe v RNR) a inaktivuje tyrosylový radikál nutný pro redukci NDPs Produkuje NO a tím stimuluje guanyl cyklázu a další enzymy Podobný efekt mají i jiné chelátory železa (např. Desferioxamin)

20 Klasická Cytostatika Účinek na DNA Účinek na mitotické vřeténko Poškození DNA nebo inhibice syntézy Alkylace s jiné modifikace Tvorba volných radikálů Interkalace a inhibice topoisomeráz Antimetabolity a hydroxyurea Účinek na receptorech pro steroidní hormony Kompetice Snížení tvorby hormonů

21 Antimitotika Látky s účinkem na mitotické vřeténku Inhibitory mikrotubulů dělicího vřeténka

22

23

24 Alberts The molecular biology of the cell

25 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

26 Figure 17-36a,b Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

27 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

28 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

29 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

30 Figure Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

31 Figure 16-16c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

32

33 Liver epithelial cell Liver epithelial cell + taxol Figure 16-23b,c Molecular Biology of the Cell ( Garland Science 2008)

34 Inhibitory mikrotubulů dělicího vřeténka: Inhibitory polymerace (destabilizanty) vinca alkaloidy Inhibitory depolymerace (stabilizanty) - taxany

35 INHIBITORY POLYMERACE MT Kolchicin (z ocúnu jesenního) požíván již nejméně od 1 století., protizánětlivý, k očistě a později k léčbě dny Vinca alkaloidy Vinca (Catharanthus) rosea (barvínek růžový) 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) NOKODAZOL (syntetický a nepříbuzný inhibitor) Vinblastin

36 VINBLASTIN Nedojde k anafázi, nebo je v ní buňka zastavena

37

38 INHIBITORY DEPOLYMERACE MT (stabilizanty) Taxany PACLITAXEL a DOCETAXEL Avicenna ( ) používal výtažky Taxus baccata k léčbě srdečních problémů (taxiny blokují Ca-kanály) 1964 Cytotoxické účinky extraktů Taxus brevifolia (tis krátkolistý) Izolace a určení struktury účinné látky- taxolu 1979 Mechanismus účinku 1988 Výsledky prvních klinických studií (tisíce tun kůry T. B)

39

40 Paclitaxel & Docetaxel 1971 Tis krátkolistý Taxus brevifolia (kůra)! Izolace taxolu z Taxus brevifolia pro léčbu karcinomu ovária a melanomů jen v USA by vyžadovala stromů ročně!

41 Paclitaxel & Docetaxel 1971 Tis krátkolistý Taxus brevifolia (kůra) 1986 Tis červený Taxus baccata (jehličí) OH

42 TAXANY Taxany jsou ve skutečnosti syntetizovány symbiotickou houbou v kůře. Od roku 1993 prekurzory produkovány s pomocí biotechnologií (kultura buněk z tisů + endosymbiont Penicillium raistrickii

43 Klasická Cytostatika Účinek na DNA Účinek na mitotické vřeténko Poškození DNA nebo inhibice syntézy Alkylace s jiné modifikace Tvorba volných radikálů Interkalace a inhibice topoisomeráz Antimetabolity a hydroxyurea Účinek na receptorech pro steroidní hormony Kompetice Snížení tvorby hormonů

44 odstranění vaječníků vede ke prodloužení tvorby mléka a změně vlastností vemene.

45 George Beatson ( , skotský chirurg) 1890 Overektomie žen s nádorem prsu s metastázami vedla k ústupu nádorů! (ovšem jen u části žen, u části zcela bez odezvy) Charles Huggins s 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)

46 1929 struktura estrogenu 1968 objeven estrogenový receptor (ER) Vazba estrogenu na ER (nemembránový receptor) vede k jeho dimerízaci, lokalizaci do jádra, a transkripční regulaci vedoucí k proliferaci

47

48 1929 struktura estrogenu 1968 objeven estrogenový receptor (ER) Vazba estrogenu na ER (nemembránový receptor) vede k jeho dimerízaci, lokalizaci do jádra, a transkripční regulaci vedoucí k proliferaci Hledání analogu estrogenu (jako způsob antikoncepce) vedlo k vývoji tamoxifenu s opačným účinkem. Klinické testy k potlačení nádorů prsu s Tamoxifen 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

49 ER1 Tamoxifen (prodrug) Tamoxifen hydroxylován jaterními enzymy

50 Možnosti léčby nádorů závislých na hormonech (nádory prsu a prostaty) Ablativní léčba - kastrace chirurgická, radiační, farmakologická Inhibiční léčba Inhibitory aromatáz Ablativní léčba - kastrace chirurgická, radiační, farmakologická Androgeny Estrogeny (estradiol) Kompetitivní léčba Antiandrogeny Antiestrogeny Selektivní modulátory estrogenových receptorů Tamoxifen

51 Antiestrogeny a selektivní modulátory ER (SERM) kompetice s estrogeny o vazbu na ER receptory nebo blok receptoru estradiol antiestrogen fulvestrant SERM (v některých tkáních jako antiestrogen jinde jako estrogen) tamoxifen

52 Antiandrogeny - kompetice s testosteronem a dihydrotestosteronem o O vazbu na androgenový receptor (terapie karcinomu prostaty, v kombinaci s kastrací) testosteron Flutamid Nilutamid

53 Ablativní léčba - kastrace chirurgická, radiační, farmakologická Inhibiční léčba Inhibitory aromatáz Ablativní léčba - kastrace chirurgická, radiační, farmakologická Androgeny Estrogeny (estradiol) Kompetitivní léčba Antiandrogeny Antiestrogeny Selektivní modulátory estrogenových receptorů Tamoxifen

54 Estrogeny jsou syntetizovány aromatázou z androgenů testosteron estradiol

55 Inhibitory aromatázy Anastrozol Letrozol Terapie karcinomu prsu

56 Klasická Cytostatika Účinek na DNA Poškození DNA nebo inhibice syntézy Účinek na mitotické vřeténko Účinek na receptorech pro steroidní hormony Kompetice Agonisté Snížení tvorby hormonů Alkylace s jiné modifikace Tvorba volných radikálů Interkalace a inhibice topoisomeráz Antimetabolity a hydroxyurea Jiná než klasická cytostaika?

57 LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ EPIGENETICKÉ ZNAKY LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ SYNTÉZU A DEGRADACI PROTEINŮ DIFERENCIAČNÍ TERAPIE FOTODYNAMICKÁ TERAPIE..?

58 LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ EPIGENETICKÉ ZNAKY Epigentické děditelné znaky nezpůsobené změnami v sekvenci DNA Změna struktury a aktivity chromatinu DNA modifikace (metylace) Modifikace histonů (acetylace, metylace ) Výsledkem působení látek směrovaných na epigentické změn je změna exprese mrna a proteinů Inhibitory DNMT Inhibitory HDAC

59 Inhibitory DNA metlytransferáz (DNMTi) 60% and 90% CpG je u savců metylováno. Pro nádory je typická obecná HYPOMETYLACE ale i specifická HYPERMETYLACE (silencing) tumorsupresorových genů. DNA metyltransferázy lze blokovat aza-analogy cytosinu Aza-cytidin Decitabin (2 deoxy- 5 aza cytidin) Výsledkem působení látek směrovaných na epigentické změn je změna exprese mrna a proteinů

60 cytidin Aza-cytidin (Vidaza) Decitabin 2 deoxy- 5 aza cytidin Fosforylován Inkorporovánce do RNA RNR Aza-CDP daza-cdp Aza-cytidin Inkorporace do DNA nevede k inhibici replikace, ale k inhibici metylace DNA blokádou DNA metyltransferáz (DNMT) Decitabin

61 Po inkorporaci do DNA vytvářejí aza-báze kovalentní vazby s DNMT, imobilizují je tak a brání metylaci nových řetězců. Vede k obnově exprese mnoha (tumorsupresorových) genů Nature Publishing Group Egger, G. et al. Epigenetics in human disease and prospects for epigenetic therapy. Nature 429, 460 (2004).

62 Inhibitory histondeacetyláz (HDACi) Modifikace histonů: 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 euchromatin deacetylace core histonů vede k uzavření struktury chromatinu heterochromatin V nádorové buňce převažuje deacetylace nad acetylací (silencing tumorsupresorů) Histon acetyltransferázy (HAT) heterochromatin euchromatin Histon deacetylázy (HDAC) Inhibitory histondeacetyláz Cílem HDACi je spustit expresi vypnutých (tumorsupresorových) genů

63 Inhibitory histondeacetyláz acetylace heterochormatin euchromatin deacetylace INHIBITORY HDAC Rodd et al. Lymphoma, Article ID (2012)

64 Inhibitory histondeacetyláz (HDACi) Vorinostat (SAHA, kyselina suberanilohydroxamová) Romidepsin (depsipeptid) produkt Chromabacterium violaceum Vedlejší (off target) HDACi snížení hypoacetylace dalších (nehistonových) proteinů zvýšení jejich stability (p53, tubulin, HSP90 ) inhibice HDAC rozsáhlé změny transkripčních programů a aktivit proteinů Nespecifický a široký efekt na nádorovou buňku. (indukce apoptózy, zástava cyklu,indukce ROS, indukce diferenciace)

65 LÁTKY OVLIVŇUJÍCÍ SYNTÉZU A DEGRADACI PROTEINŮ L-aspargináza Inhibitory translace Inhibitory proteazómu

66 Některé nádorové buňky (ALL) nedovedou syntetizovat neesenciální amk asparagin Jsou závislé na asparaginu v cirkulaci L-aspargináza Asn Asp Podání L- asparaginázy sníží dostupný Asn v cirkulaci a nádor hladoví L-aspargináza (Elspar) produkt E.coli, pouze pro léčbu ALL

67 Inhibice translace Homoharringtonin (omacetaxin mepesukcinát) Cephalotaxus harringtonii (hlavotis peckovicový) 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.

68 HH HH

69 Inhibice degradace proteinů Polyubiquitinylace proteinů Degradace v proteazomu Ubiquitin ligázy X deubiquitinylační enzymy

70 Degradace tumorsupresorů v proteazomu je zvýšená u nádorových buněk (I B, cykliny, p53, BAX, NOXA, p21, p27..) Increased proliferation

71 regulace NF B degradací I B v proteazomu Proteasome inhibition

72 regulace NF B degradací I B v proteazomu Proteasome inhibition Bortezomib

73 Bortezomib (Velcade, dipeptidový derivát kyseliny boronové) Bortezomib vazba na podjednotku 5 Inhibuje chymotryosin-like aktivitu (specificita - Tyr, Phe, Trp ) Další inhibitory jsou v klinických testech (Carfilzomib, Ixazomib)

74 Difernciační terapie Fotodynamická terapie Inhibitory kináz monoklonální protilátky A další cílené zásahy Příští přednáška se koná až za 14 dní 2. dubna 2014