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

Transkript

1 ytostatika 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 DA Poškození DA nebo inhibice syntézy Účinek na mitotické vřeténko Účinek na receptorech pro steroidní hormony Alkylace s jiné modifikace Tvorba volných radikálů Interkalace a inhibice topoisomeráz Antimetabolity a hydroxyurea Poškození existující DA (genotoxicita) Poškození DA při syntéze, interference s ní a další efekty

3 GETXIKÉ LÁTKY Alkylační činidla a deriváty platiny Interkalační činidla Inhibitory DA topoizomeráz Látky způsobujícírozštěpení DA

4 GETXIKÉ LÁTKY Alkylační látky a deriváty platiny Alkylační činidla Látky schopné alkylovat (modifikovat připojením uhlíku nebo uhlíkatého zbytku) především dusíkaté báze (, A, ale hlavně G). Reaktivní modifikace vede nejčastěji ke vzniku G G crosslinku (inter chain nebo intra chain) následkem je omezení replikace a transkripce signalizace poškození DA prava Alkylují ale také proteiny. APPTÓZA Adukty nejčastěji na G (v poloze 7 ) cukr

5 Alkylační látky a deriváty platiny Látky odvozené od yperitu Deriváty nitrozomočoviny Jiné alkylační látky Deriváty platiny

6 Tvorba krosslinků (intra- nebo inter-strand) Přežití a návrat do cyklu Rozeznání poškození DA ATM/ATR p53 Zástava buněčného cyklu Bax, Puma DA repair APPTÓZA

7 itrosomočovina (itrosourea) l R hloroetyl nitrosourea armustine (BU) Lomustine (U) Rozpodají se na chloroetyl diazohydroxid a izokyanát Alkylace DA Karbamylace proteinů (Lys)

8 karbamylace proteinů (Lys a -konec) Alkylace guaninu, G-G a G- ITERSTRAD kroslinky

9 Efekt alkylačních činidel odvozených od nitrozomočoviny Alkylace guaninu, G-G a G- crosslink Problematická transkripce a replikace, delece Inaktivace proteinů (Alkylace S skupin cysteinů) thioredoxin reduktáza, glutathion reduktáza ribonukleotid reduktáza arušení redoxrovnováhy (oxidační stres) arušení produkce dtps pro DA syntézu a další Karbamylace proteinů (Lys a -konec)

10 Alkylační látky a deriváty platiny Látky odvozené od yperitu Deriváty nitrozomočoviny Jiné alkylační látky Deriváty platiny

11 Sulfonáty (busulfan) Triaziny (dacarbazin) Další alkylační látky Diazometan

12 Alkylační látky a deriváty platiny Látky odvozené od yperitu Deriváty nitrozomočoviny Jiné alkylační látky Deriváty platiny

13 Zvědavý mikrobiolog, aneb jak zvídavost a náhoda vedly k objevu komerčně nejúspěšnějšího cytostika Barnett Rosenberg (Michigan State University) 1964 testoval svou hypotézu, že elektrické poli způsobí dizorganizaci bakteriálního chromozómu a bakterie se nebudou dělit normálně. Vložil suspenzi E. coli mezi dvě platinové elektrody dělení bakterií se zastavilo a vznikly dlouhé vláknité formy S jiným typem elektrod se to nedělo,muselo se jednat o chemikálii z elektrod a případně z média.

14 Rosenberg 1965 cis-dichlorodiamin-platina (cisplatina) cisplatinou vyléčil nádor u myši cisplatina schválena I k terapii

15

16 Deriváty platiny s protinádorovým účinkem isplatina Karboplatina xaliplatina

17 Deriváty platiny s protinádorovým účinkem Vstupují do buňky pasivně a/nebo transportérem TR1 isplatina V cytosolu dojde k hydrolýze ( k aktivaci) Karboplatina a tvorbě DA aduktů 2 xaliplatina

18 Platinové deriváty vytvářejí DA kroslinky (převážně intrařetězcové na rozdíl of alkylujících látek) ižší koncentrace l - v cytosolu vede k hydrolýze ( k aktivaci) cis G-G cis G-A 2 Adukty nejčastěji na G (v poloze 7 ) cukr (trans G-G) jen vzácně! cis G--G

19

20 Pt-adukty (intrastrand) vedou k distorzi dvoušroubovice DA (včetně mtda) Inhibici replikace Inhibici transkripce Poškození telomer (bohaté na G) Aktivace DA oprav Apoptóza

21

22 Další efekty platinových derivátů vázaných na DA inaktivace proteinů DA repairu interakce s transkripčními faktory (alterace transkripce) ALE! Pouze 1% Pt-derivátů je v buňce navázáno na DA Další efekty volných platinových derivátů oxidativní stres vlivem inhibice antioxidačních enzymů (GST, SD, kataláza ) (vysoká afinita k S enzymů a glutathionu) Interaguje s membránovými proteiny i fosfolipidy a mění fluiditu membrán uvolnění cytochromu c z mitochondriií a spouštění apoptotických drah Glutathion (GS)

23 GETXIKÉ LÁTKY Alkylační činidla a deriváty platiny Interkalační činidla Inhibitory DA topoizomeráz Látky způsobujícírozštěpení DA

24 Interkalační látky (antracykliny) Antracykliny - Planární molekuly se 4 armoatickými jádry (antibiotika izolovaná ze streptomycet a jejich deriváty ) Doxorubicin (komerční název adriamycin, idarubicin) Daunorubicin

25 Interkalace doxorubicinu do dsda

26 Generování volných radikálů antracykliny chinonová forma semichinonová forma

27 Antracykliny mechanismus účinku Interkalace molekuly do DA způsobí inhibici transkripce a replikace inhibici topizomerázy II dvouřetězcové zlomy generují kyslíkové radikály vytěsňují histony z DA a tak ovlivňují transkripci (účinnost nejen v S fázi) Kardiotoxicita Antracykliny poškozují srdeční sval

28 GETXIKÉ LÁTKY Alkylační činidla Interkalační činidla Inhibitory DA topoizomeráz Látky způsobujícírozštěpení DA

29 Inhibitory DA topoizomeráz Aktivita topoizomeráz uvolnění nadšroubovicovitého vinutí při replikaci nebo transkripci. Inhibicí aktivity topoizomeráz po rozštěpení řetězce DA nedojde k opětovnému spojení řetězců vznikají tak ss nebo ds zlomy, mechanismus není zcela jasný Topoizomeráza I a II jsou přítomné prakticky jen v aktivně se dělících buňkách vhodné cíle terapie

30 Inhibitory TPIZMERÁZY I. Deriváty kamtothecinu z kůry stromu amptotheca acuminata topotecan a irinotecan kamptothecin Vznik jednořetězcových zlomů v DA

31 Inhibitory TPIZMERÁZY II. Deriváty epipodofylotoxinu z kořene Podophyllum peltatum (noholist štítnatý) Etoposid, teniposid Etoposid Vznik dvouřetězcových zlomů

32 GETXIKÉ LÁTKY Alkylační činidla a deriváty platiny Interkalační činidla Inhibitory DA topoizomeráz Látky způsobující rozštěpení DA

33 Látky způsobující rozštěpení DA řetězce V součinnosti s atomem železa generují radikály a způsobují štěpení řetězce DA. Přesný mechanismus neznámý. Pro podobnost účinku s ionizačním zářením se označují radiomimetika Bleomycin (glykopeptidové ATB ze Steptomyces verticillus) Účinkem vzikají ss a ds zlomy

34

35 genotoxické látky a antimetabolity Klasická ytostatika Účinek na DA Poškození DA nebo inhibice syntézy Účinek na mitotické vřeténko Účinek na receptorech pro steroidní hormony Agonisté Antagonisté Alkylace s jiné modifikace Tvorba volných radikálů Interkalace a inhibice topoisomeráz Antimetabolity a hydroxyurea Poškození existující DA (genotoxicita) Poškození DA při syntéze, interference s ní a další efekty

36 ATIMETABLITY antimetabolity strukturní analogy vitaminů, regulačních látek nebo substrátů enzymů, blokující (obvykle mechanismem kompetice o vazebné místo) jejich působení. Analogy kyseliny listové Purinové antimetabolity Pyrimidinové antimetabolity ydroxymočovina

37 Antimetabolity analogy stavebních jednotek A Inkorporace do DA, inhibice replikace, indukce zlomů a inhibice oprav Inhibice klíčových enzymů Metylace DA Fungují předevší (ale ne výhradně) v S fázi Analogy kyseliny listové Purinové analogy Pyrimidinové analogy Metotrexát (Inhibitor DFR) Merkaptoguanin (analog báze) Fluoruracil (analog báze) Fludarabin (analog nukleosidu) ytarabin (analog nukleosidu) A hydroxymočovina

38 BASE Adenin Guanin ytosin Thymin Uracil

39 kyselina listová (folát, vitamín B9) aminopterin 1947 Sidney Farber (arward Medical School) Bylo známo, že podání kyseliny listové obnoví krvetvorbu při anemie z nedostatku folátu Pokoušel se kyselinou listovou léčit leukemii u dětí došlo krychléprogresi onemocnění. Začal tedy hledat anti folát použil aminopterin kterým dosáhl ústupu (remise) akutní lymfoblastické leukemie (ALL) u několika dětí.

40

41 Sidney Farber aminopterin nahrazen metotrexátem (MTX) a schválen FDA. kyselina listová (folát) aminopterin metotrexát (MTX)

42 kyselina listová (folát) KYSELIA LISTVÁ Donor jednouhlíkatých zbytků ADP ADP + Dihydrofolát reduktáza (DFR) dihydrofolát tetrahydrofolát

43 Tymidylát syntáza dump dtmp TF SMT1 MTFD1 Metylen-TF MTFR Metyl-TF Formyl-TF De novo syntéza purinů IMP Metenyl-TF TF je donor jednouhlíkových zbytků (nesených 5 a 10) pro několik biochemických reakcí Po formylaci následuje postupná redukce methylentetrahydrofolát dehydrogenázou (MTFD1) a metylentetrahydrofolát reduktázou (MTFR)

44 SMT1 SMT1 serinhydroxymetyl transferáza DFR - dihydrofolát reduktáza MTFD1 - trifunkční methylenetetrahydrofolát dehydrogenáza MTF- methylenetetrahydrofoláte reduktáza

45 Syntéza a recyklace purinů a pyrimidinů a jejich nukleosidů Syntéza de novo Salvage pathway (šetřící dráha, záchranná dráha) především reutilizace nukleosidů z buňky i z okolí hibitors/ucleotidebiochemistry.html

46 2-3 P 2 -D-Ribose-5-Phosphate (R5P) ATP AMP Ribose Phosphate Pyrophosphokinase 2-3 P 2 P P 5-Phosphoribosyl- -pyrophosphate (PRPP) Glutamine + 2 Glutamate + PP i Amidophosphoribosyl Transferase 2-3 P Phosphoribosylamine (PRA) Glycine + ATP GAR Synthetase ADP + P i P 2 Glycinamide Ribotide (GAR) De novo syntéza purinů Aspartate + ATP SAIAR Synthetase ADP + P i Ribose-5-Phosphate arboxyamidoimidazole Ribotide (AIR) 2 AIR ar boxylase 4 5 ADP + P i ATP + 3 Ribose-5-Phosphate 5-Aminoimidazole Ribotide (AIR) AIR Synthetase ADP + P i 2 ATP Ribose-5-Phosphate Formylglycinamidine ribotide (FGAM) FGAM Synthetase 2 ADP + Glutamate + P i ATP + Glutamine Formyl-TF TF GAR Transformylase Ribose-5-Phosphate Formylglycinamide ribotide (FGAR) Ribose-5-Phosphate 5-Aminoimidazole-4-(-succinylocarboxamide) ribotide (SAIAR) Fumarate Adenylosuccinate Lyase Ribose-5-Phosphate 5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribotide (AIAR) 10 -Formyl- TF TF AIAR Transformylase Ribose-5-Phosphate 5-Formaminoimidazole-4-carboxamide ribotide (FAIAR) 2 IMP yclohydrolase 2-3 P Inosine Monophosphate (IMP)

47 Pyrimidine Synthesis 2 ATP Glutamine +2 2 ADP + arbamoyl Glutamate + Phosphate P i Synthetase II 2 P 3-2 arbamoyl Phosphate Aspartate P i Aspartate Transcarbamoylase (ATase) Reduced Quinone Quinone rotate Dihydroorotate Dehydrogenase PRPP PP i rotate Phosphoribosyl Transferase 2-3 P 2 2 arbamoyl Aspartate 2 Dihydroorotase 2 Dihydroorotate 2-3 P 2 rotidine-5'-monophosphate (MP) 2 MP Decarboxylase 2 Uridine Monophosphate (UMP)

48 PURIY Syntéza De novo IMP PRPP Ribózo 5-P karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Syntéza De novo PPi UMP

49 PURIY Syntéza De novo IMP PRPP Ribózo 5-P karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Syntéza De novo PPi UMP Kys. listová DF DIYDRFLÁT REDUKTÁZA TF Formyl-TF Metylen TF

50 PURIY Syntéza De novo PRPP Ribózo 5-P karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Syntéza De novo PPi UMP IMP Kys. listová DF DIYDRFLÁT REDUKTÁZA AMP GMP TF ADP GDP dgdp RIBUKLETID REDUKTÁZA Formyl-TF Metylen TF dadp ATP GTP

51 PURIY Syntéza De novo PRPP Ribózo 5-P karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Syntéza De novo PPi UMP IMP Kys. listová DF DIYDRFLÁT REDUKTÁZA UDP AMP GMP TF dump UTP TP SYTÁZA ADP GDP dgdp RIBUKLETID REDUKTÁZA dadp Formyl-TF Metylen TF TYMIDYLÁT SYTÁZA dtmp TP ATP GTP dttp

52 PURIY Syntéza De novo IMP PRPP Ribózo 5-P Kys. listová karbamoyl fofsát aminopterin MTX PPi UMP PYRIMIDIY Syntéza De novo DF DIYDRFLÁT REDUKTÁZA UDP AMP GMP TF dump UTP TP SYTÁZA ADP GDP dgdp RIBUKLETID REDUKTÁZA dadp Formyl-TF Metylen TF TYMIDYLÁT SYTÁZA dtmp TP ATP GTP dttp

53 Metotrexát v aktivním místě DFR

54 SMT1 SMT1 serinhydroxymetyl transferáza DFR - dihydrofolát reduktáza MTFD1 - trifunkční methylenetetrahydrofolát dehydrogenáza MTF- methylenetetrahydrofoláte reduktáza

55 SMT1 SMT1 serinhydroxymetyl transferáza DFR - dihydrofolát reduktáza MTFD1 - trifunkční methylenetetrahydrofolát dehydrogenáza MTF- methylenetetrahydrofoláte reduktáza

56 Metotrexát Kyselina listov Inhibuje dihydrofolát reduktázu DFR TFR je zdroj jednouhlíkových zbytků Uhlíkový zbytek je využíván thymidilát syntázou (TS)a dvěma enzymy de novo syntézy purinů glycinamid ribonukleotid formyl transferázou (GARFT) a AIAR (amino imidazolkarbxamid ribonukleotid formyl transferáza). Inhibice obou de novo syntéz vede k nedostatků stavebních prvků pro syntézu DA a indukci vnitřní (mitochondriální) dráhy apoptózy nebo nekrózy.

57 ATIMETABLITY Analogy kyseliny listové Analogy bází Analogy nukleosidů ydroxymočovina

58 Syntéza a recyklace purinů a pyrimidinů a jejich nukleosidů Syntéza de novo - puriny (syntetizované na ribóze) pyrimidiny (nejdříve báze, pak až vazba na cukr) Salvage pathway - (šetřící dráha, záchranná dráha) reutilizace bazí a nukleosidů z buňky i z okolí

59 GPRT Salvage -šetřící dráha,záchranná dráha. Slouží především k reutilizaci bazí a nukleosidů/-tidů z buňky i z okolí Purinová salvage dráha prpp Syntéza De novo GPRT ADA APRT GPRT - hypoxantin-guanin fosforybosyl transferáza APRT - adenin fosforybosyl transferáza ADA - adenozin deamináza Purinové nukleosidy postupná fosforylace kinázami

60 ATIBÁZE (antipuriny) 6-merkaptopurin (analog hypoxantinu, inhibuje salvage dráhu) Terapie ALL u dětí 1950s PURI 6-merkaptopurin thioguanin (analog guaninu, inhibuje salvage dráhu) Terapie leukemiií 1950s

61 Inkorporace do RA 6-thio GTP 6-thioGMP GPRT RR 6-thioguanin 6-thio dgtp Inkorporace do DA prpp Syntéza De novo De novo 6-TIGUAI ADA ADA APRT GPRT GPRT APRT GPRT - hypoxantin-guanin fosforybosyl GPRT transferáza - hypoxantin-guanin fosforybosyl APRT - adenin transferáza fosforybosyl transferáza ADA APRT - - adenozin adenin deamináza fosforybosyl transferáza ADA - adenozin deamináza RR - ribionukleotid reduktáza

62 Inkorporace do RA 6-thio GTP 6-thioGMP RR GPRT 6-thio dgtp Inkorporace do DA De novo GPRT GPRT prpp Syntéza De novo Inhibice fosforibosyl pyrofosfát amidotransferázy 6-thio IMP ADA ADA APRT APRT 6-merkaptopurin GPRT GPRT - hypoxantin-guanin - hypoxantin-guanin fosforybosyl fosforybosyl transferáza transferáza APRT - adenin fosforybosyl transferáza APRT - adenin fosforybosyl transferáza ADA ADA - adenozin - adenozin deamináza deamináza RR - ribionukleotid reduktáza 6-MERKAPTPURI

63 2-3 P 2 -D-Ribose-5-Phosphate (R5P) ATP AMP Ribose Phosphate Pyrophosphokinase 2-3 P 2 P P 5-Phosphoribosyl- -pyrophosphate (PRPP) Glutamine + 2 Glutamate + PP i Amidophosphoribosyl Transferase 2-3 P Phosphoribosylamine (PRA) Glycine + ATP GAR Synthetase ADP + P i P 2 Glycinamide Ribotide (GAR) De novo syntéza purinů Aspartate + ATP SAIAR Synthetase ADP + P i Ribose-5-Phosphate arboxyamidoimidazole Ribotide (AIR) 2 AIR ar boxylase 4 5 ADP + P i ATP + 3 Ribose-5-Phosphate 5-Aminoimidazole Ribotide (AIR) AIR Synthetase ADP + P i 2 ATP Ribose-5-Phosphate Formylglycinamidine ribotide (FGAM) FGAM Synthetase 2 ADP + Glutamate + P i ATP + Glutamine Formyl-TF TF GAR Transformylase Ribose-5-Phosphate Formylglycinamide ribotide (FGAR) Ribose-5-Phosphate 5-Aminoimidazole-4-(-succinylocarboxamide) ribotide (SAIAR) Fumarate Adenylosuccinate Lyase Ribose-5-Phosphate 5-Aminoimidazole-4-carboxamide ribotide (AIAR) 10 -Formyl- TF TF AIAR Transformylase Ribose-5-Phosphate 5-Formaminoimidazole-4-carboxamide ribotide (FAIAR) 2 IMP yclohydrolase 2-3 P Inosine Monophosphate (IMP)

64 George itchings and Gertrude Elion (obelova cena 1988 za fyziologii a medicínu) 6-merkaptopurin Thioguanin (1950s)

65 ATIBÁZE (antipuriny) 5-FU (5-fluorouracil) Uracil je nádory intenzivně přijímán, atom fluoru má podobné rozměry jako (van der Waals radius) 5-FU je tedy přijímán a metabolizován podobně. Funguje jako Inhibitor tymidylát syntázy, která při reakci dump na dtmp nahrazuje vodík na pozici 5 metylovou skupinou. U T 5-FU Zaveden v 50-letech Léčba solidních nádorů: 5-FU nebo se podává se jako prodrug (musí být nejprve metabolizován) - Kapecitabin, Tegafur -

66 DFR karbamoyl fofsát Ribózo 5-P PPi UMP kys. listová UDP (d)udp DF TF dump (d)utp Metylen-TF TYMIDYLÁT SYTÁZA TP syntáza TYMIDI KIÁZA dtmp du dt dttp PYRIMIDIY UK uridin Uridin fosforyláza U Syntéza De novo DTP DEAMIÁZA Salvage dráha (d)tp UKLETID DIFSFÁT KIÁZA ddp dmp YTIDYLÁT KIÁZA d DEXYTIDI KIÁZA

67 Pyrimidine Synthesis ejprve syntéza báze a pak až vazba na cukr! 2 ATP Glutamine +2 2 ADP + arbamoyl Glutamate + Phosphate P i Synthetase II 2 P 3-2 arbamoyl Phosphate Aspartate P i Aspartate Transcarbamoylase (ATase) Reduced Quinone Quinone rotate Dihydroorotate Dehydrogenase PRPP PP i rotate Phosphoribosyl Transferase 2-3 P 2 rotidine-5'-monophosphate (MP) 2 MP Decarboxylase 2 2 arbamoyl Aspartate 2 Dihydroorotase 2 Dihydroorotate 2-3 P 2 Uridine Monophosphate (UMP)

68 karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Ribonukleotid reduktáza Ribózo 5-P 5-F-dUDP PPi (d)udp UMP 5-F-UMP UDP 5-F-UDP URIDI KIÁZA Syntéza De novo URIDI FSFRYLÁZA Inhibuje tymidylát syntázu (kumuluje se dutp a 5F-dUTP a ty se chybně inkorporují do DA místo dttp) 5-F-dUMP dump TYMIDYLÁT SYTÁZA dtmp (d)utp TP SYTÁZA (d)tp 5-FU apoptóza dttp

69 karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Ribózo 5-P Ribonukleotid reduktáza 5-F-dUDP PPi (d)udp UMP 5-F-UMP UDP 5-F-UDP URIDI KIÁZA Syntéza De novo URIDI FSFRYLÁZA Inhibuje tymidylát syntázu (kumuluje se dutp a 5F-dUTP a ty se chybně inkorporují do DA místo dttp) 5-F-dUMP dump Tymidylát syntáza dtmp 5-F-dUTP (d)utp do DA TP syntáza (d)tp 5-FU dttp apoptóza

70 karbamoyl fofsát PYRIMIDIY Ribózo 5-P Ribonukleotid reduktáza 5-F-dUDP PPi (d)udp UMP 5-F-UMP UDP 5-F-UDP URIDI KIÁZA Syntéza De novo URIDI FSFRYLÁZA Inhibuje tymidylát syntázu (kumuluje se dutp a 5F-dUTP a ty se chybně inkorporují do DA místo dttp) 5-F-dUMP dump Tymidylát syntáza dtmp 5-F-dUTP (d)utp do DA 5-F-UTP TP syntáza do RA a čten jako (d)tp 5-FU hyby translace apoptóza dttp

71 5-FU Zaveden v 50-letech, využití: především léčba solidních nádorů Podává se jako: 5-FU nebo jako prodrug (musí být nejprve metabolizován) - Kapecitabin, Tegafur Využíván je rovněž 5-FU už navázaný na deoxyribózu - FUdR - floxuridin