La camptotecina ( CPT ) es un inhibidor de la topoisomerasa . Fue descubierto en 1966 por ME Wall y MC Wani en la detección sistemática de productos naturales en busca de medicamentos contra el cáncer . Fue aislado de la corteza y el tallo de Camptotheca acuminata (Camptotheca, árbol feliz), un árbol originario de China utilizado en la medicina tradicional china . [1] [2] Se ha utilizado clínicamente en China para el tratamiento de tumores gastrointestinales. [3] La CPT mostró actividad anticancerígena en ensayos clínicos preliminares , especialmente contra los cánceres de mama, ovario, colon, pulmón y estómago. [4] Sin embargo, tiene baja solubilidad y se han reportado efectos adversos cuando se usa terapéuticamente, [3] por lo que los químicos sintéticos y medicinales han desarrollado numerosas síntesis de camptotecina [5] [6] [7] y diversos derivados para aumentar los beneficios de el químico , con buenos resultados. Se han aprobado cuatro análogos de CPT que se utilizan actualmente en la quimioterapia contra el cáncer [8] : topotecán , irinotecán , belotecán y trastuzumab deruxtecán . [9] [10] La camptotecina también se ha encontrado en otras plantas, incluida Chonemorpha fragrans . [11]
CPT tiene una estructura de anillo pentacíclico planar , que incluye un resto pirrolo [3,4-β]-quinolina (anillos A, B y C), un resto piridona conjugado (anillo D) y un centro quiral en la posición 20 dentro del alfa- hidroxi. anillo de lactona con configuración (S) (el anillo E). Se cree que su estructura plana es uno de los factores más importantes en la inhibición de la topoisomerasa. [12] [13]
La CPT se une a la topoisomerasa I y al complejo de ADN (el complejo covalente), lo que da como resultado un complejo ternario y, por lo tanto, lo estabiliza. Esto previene la nueva ligadura del ADN y, por lo tanto, causa daño al ADN que resulta en apoptosis . [14] CPT se une tanto a la enzima como al ADN con enlaces de hidrógeno . La parte más importante de la estructura es el anillo E que interactúa desde tres posiciones diferentes con la enzima. El grupo hidroxilo en la posición 20 forma un enlace de hidrógeno con la cadena lateral del ácido aspártico número 533 (Asp533) en la enzima. Es fundamental que la configuración del carbono quiral sea (S) porque (R) está inactivo. La lactona está unida mediante dos enlaces de hidrógeno a los grupos amino de la arginina 364 (Arg364). El anillo D interactúa con la citosina +1 en la cadena no escindida y estabiliza el complejo covalente topoisomerasa I-ADN formando un enlace de hidrógeno. Este enlace de hidrógeno se encuentra entre el grupo carbonilo en la posición 17 del anillo D y el grupo amino del anillo de pirimidina de la citosina +1. [15] [16] La CPT es selectivamente citotóxica para las células que replican el ADN durante la fase S [17] y su toxicidad es principalmente el resultado de la conversión de roturas de una sola hebra en roturas de doble hebra cuando la horquilla de replicación choca con los complejos de escisión formados. por ADN y CPT. [18]
El anillo de lactona en CPT es altamente susceptible a la hidrólisis . La forma de anillo abierto es inactiva y, por lo tanto, debe cerrarse para inhibir la topoisomerasa I. La forma cerrada se favorece en condiciones ácidas, como ocurre en el microambiente de muchas células cancerosas . La CPT se transporta al interior de la célula mediante difusión pasiva . La captación celular se ve favorecida por la lipofilicidad , que mejora la acumulación intracelular . La lipofilicidad hace que los compuestos sean más estables debido a una mejor partición de la lactona en los glóbulos rojos y, en consecuencia, a una menor hidrólisis de la lactona. La CPT tiene afinidad por la albúmina sérica humana (HSA), especialmente la forma carboxilato de CPT. Debido a esto, el equilibrio entre el anillo de lactona y la forma carboxilato se dirige hacia el carboxilato. La reducción de las interacciones entre fármacos y HSA podría dar lugar a una mejor actividad. [15] [19]
Los estudios han demostrado que la sustitución en las posiciones 7, 9, 10 y 11 puede tener un efecto positivo sobre la actividad de CPT y las propiedades físicas , por ejemplo, potencia y estabilidad metabólica. Aumento del anillo de lactona en un CH
2unidad también mejora sus capacidades, como en la homocamptotecina. La sustitución en las posiciones 12 y 14 conduce a una derivada inactiva. [19]
La sustitución de alquilo en la posición 7 ha mostrado una mayor citotoxicidad, como el etilo (C 2 H 5 ) o el clorometilo (CH 2 Cl). Estos grupos pueden reaccionar con el ADN en presencia de topoisomerasa I, lo que conduce a una mayor actividad tumoral . También se ha demostrado que aumentar la longitud de la cadena de carbono (en la posición 7) conduce a una mayor lipofilia y, en consecuencia, a una mayor potencia y estabilidad en el plasma humano . [15] [19] Otros análogos de CPT modificados con 7 son los silatecanos y las karenitecinas. Son potentes inhibidores de la topoisomerasa I y ambos tienen grupos alquilsililo en la posición 7 que los hacen lipófilos y más estables. Los silatecanos o 7-sililcamptotecinas han mostrado interacciones reducidas entre fármacos y HSA, lo que contribuye a su estabilidad sanguínea y también pueden cruzar la barrera hematoencefálica . DB-67 es un derivado 10-hidroxi y se encuentra entre los silatecanos más activos. BNP1350, que pertenece a la serie de karenitecinas, exhibe actividad citotóxica y capacidad para superar la resistencia a los medicamentos . Otra ruta más para hacer lipófilos los CPT es introducir sustituyentes lipófilos, tales como restos iminometilo u oxiiminometilo. Uno de los compuestos más potentes es el derivado oxiiminometilo ST1481 que tiene la ventaja de superar la resistencia a los medicamentos causada por los sistemas de transporte. [19] El nitrógeno básico en una cadena de carbono en la posición 7 hace que el compuesto sea más hidrófilo y, por tanto, más soluble en agua. Por ejemplo, hay un derivado llamado CKD-602, que es un potente inhibidor de la topoisomerasa I y supera con éxito la escasa solubilidad en agua y la toxicidad observadas con la CPT. [19] [20]
Se puede lograr una actividad considerablemente mayor colocando grupos aceptores de electrones como amino, nitro , bromo o cloro en las posiciones 9 y 10 y un grupo hidroxilo en las posiciones 10 u 11. Pero estos compuestos son relativamente insolubles en soluciones acuosas, lo que provoca dificultades en las administraciones. El grupo metoxi en las posiciones 10 y 11 conduce simultáneamente a la inactividad. [12] [19]
Los análogos hexacíclicos de CPT han demostrado una gran potencia. Por ejemplo, el grupo metilendioxi o etilendioxi conectado entre 10 y 11 forma un anillo de 5 o 6 miembros que conduce a derivados más solubles en agua y una mayor potencia. Las investigaciones han demostrado que los análogos de etilendioxi son menos potentes que el metilendioxi. La razón son las interacciones estéricas desfavorables de los análogos de etilendioxi con la enzima. [12] [19]
La adición de un grupo amino o cloro en la posición 9 o un grupo clorometilo en la posición 7 a estos análogos de 10, 11-metilendioxi o etilendioxi da como resultado compuestos con una citotoxicidad aún mayor pero una solubilidad más débil en agua. Para producir análogos de 10,11-metilendioxi o etilendioxi con buena solubilidad en agua, una buena manera es introducir un sustituyente solubilizante en agua en la posición 7. El lurtotecán cumple esos requisitos; Es un análogo de 10, 11-etilendioxi con un 4-metilpiperazino-metileno en la posición 7 y ha demostrado una gran potencia en investigaciones clínicas. [12]
También se puede formar un anillo entre las posiciones 7 y 9, como en las posiciones 10 y 11. Esto brinda nuevas oportunidades para producir derivados solubles en agua [5]. Estos CPT hexacíclicos se vuelven más activos cuando los grupos aceptores de electrones se colocan en la posición 11 y los grupos metilo o amino en 10. El exatecán es un ejemplo de CPT hexacíclico que tiene un anillo de 6 miembros sobre las posiciones 7 y 9, y es 10-metilo, 11. -fluoro sustituido [4]. Es soluble en agua y más potente que el topotecán. [12] [19] [21]
Los anillos C y D desempeñan un papel esencial en la actividad antitumoral. El reemplazo en cualquier posición da como resultado un compuesto mucho menos potente que el compuesto original en otros ensayos de citotoxicidad. [12]
El anillo E no permite muchos cambios estructurales sin perder la actividad CPT porque es necesario para unirse al sitio activo de TOP I. [22] Un posible reemplazo es cambiar el grupo hidroxilo a Cl, F o Br porque su polarizabilidad es suficiente para estabilizar el complejo enzimático. [19]
Otra posible modificación es insertar un metileno entre el hidroxilo y la lactona en el anillo E, produciendo un grupo β-hidroxilactona de siete miembros, llamado homocamptotecina (hCPT). El hidroxilo del hCPT tiene menos efecto inductivo sobre el grupo carboxilo, lo que hace que la lactona sea muy reactiva. Esto potencia la interacción del grupo hidroxilo libre de manera óptima con la topoisomerasa I y el complejo covalente que se forma en su presencia es más estable. El anillo E de hCPT se abre más lentamente y la apertura es irreversible . Las hCPT exhiben una mayor estabilidad del plasma humano debido a una menor unión a proteínas y una mayor afinidad por los glóbulos rojos que las CPT. [12] [19]
Desde el descubrimiento de la CPT se han sintetizado muchos análogos. A continuación se muestra una vista esquemática de los análogos de CPT que se mencionaron en el texto anterior.
"CPT está vinculado a un polímero a base de ciclodextrina para formar el fármaco anticancerígeno en investigación CRLX101" . [23]
Como todos los demás indolalcaloides monoterpenoides, la biosíntesis de camptotecina requiere la producción de estrictosidina . La estrictosidina se sintetiza mediante una reacción de condensación entre la triptamina de la vía del shikimato y la secologanina de la vía del mevalonato (MVA) o de la vía no mevalonato (MEP). [24] Luego, la estrictosidina se somete a una ciclación intermolecular para producir estrictosamida, que se convierte en camptotecina a través de una serie de reacciones de oxidación realizadas por enzimas que aún deben resolverse. [25]
Se comprende mejor la vía del shikimato que conduce a la biosíntesis de triptamina. Primero, el corismato se convierte en antranilato mediante la subunidad alfa de la antranilato sintasa (ASA). El antranilato reacciona con el pirofosfato de 5-fosforribosa para producir 5-fosforribosilantranilato. Luego, este intermediario se convierte en indol glicerol fosfato, que interactúa con la subunidad alfa de la triptófano (TSA) sintasa para producir indol. La subunidad beta de la triptófano sintasa (TSB) cataliza la condensación del indol con serina, dando lugar a triptófano. En el siguiente paso, se produce triptamina como resultado de la descarboxilación por la triptófano descarboxilasa (TDC). [26]
La síntesis de secologanina comienza con una reacción de condensación entre piruvato y D-gliceraldehído-3-fosfato catalizada por 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato sintasa (DXS) para producir 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato (DXP). La conversión de DXP en difosfato de isopentenilo (IPP), que es el precursor común de la biosíntesis de terpenoides, implica la 1-desoxi-D-xilulosa-5-fosfato reductoisomerasa (DXR) y la 1-hidroxi-2-metil-2(E)-butenil- 4-difosfato reductasa (HDR). La formación de IPP se puede lograr mediante las vías MVA y MEP. [26] La condensación de IPP y dimetilalil difosfato (DMAPP) produce geranil difosfato (GPP). La geraniol sintasa (GS) luego convierte el GPP en geraniol. [24] La conversión de geraniol en secologanina se produce mediante diversas reacciones enzimáticas. Según estudios con marcado radiactivo e inhibidores específicos de la vía, la vía MEP es la fuente principal de secologanina. [26] La triptamina de la vía shikimato y la secologanina de la vía MVA o MEP se convierten en estrictosidina mediante una reacción de condensación catalizada por la estrictosidina sintasa. Aunque no está completamente resuelto, se ha postulado que la camptotecina se produce a partir de estrictosidina a través de estrictosamida, 3 (S) -pumilosida y 3 (S)-desoxipumilosida. [25]