El psoraleno (también llamado psoraleno ) es el compuesto original de una familia de compuestos orgánicos naturales conocidos como furanocumarinas lineales . Está relacionado estructuralmente con la cumarina mediante la adición de un anillo de furano fusionado y puede considerarse como un derivado de la umbeliferona . El psoraleno se encuentra naturalmente en las semillas de Psoralea corylifolia , así como en el higo común , el apio , el perejil , el palo satinado de las Indias Occidentales y en todos los cítricos . Se utiliza ampliamente en el tratamiento PUVA (psoraleno + UVA ) para la psoriasis , el eczema , el vitíligo y el linfoma cutáneo de células T ; Estas aplicaciones suelen realizarse mediante el uso de medicamentos como Methoxsalen . Muchas furanocumarinas son extremadamente tóxicas para los peces y algunas se depositan en arroyos de Indonesia para pescar. [1]
El psoraleno es un mutágeno y se utiliza con este fin en la investigación de biología molecular. El psoraleno se intercala en el ADN y, al exponerse a la radiación ultravioleta (UVA), puede formar monoaductos y enlaces cruzados covalentes entre cadenas (ICL) con timinas, preferentemente en los sitios 5'-TpA del genoma, induciendo la apoptosis . La terapia con psoraleno más UVA (PUVA) se puede utilizar para tratar trastornos hiperproliferativos de la piel como la psoriasis y ciertos tipos de cáncer de piel . [2] Desafortunadamente, el tratamiento PUVA en sí mismo conduce a un mayor riesgo de cáncer de piel. [3]
Un uso importante del psoraleno es en el tratamiento con PUVA para problemas de la piel como la psoriasis y, en menor medida, el eccema y el vitíligo . Esto aprovecha la alta absorbancia UV del psoraleno. El psoraleno se aplica primero para sensibilizar la piel y luego se aplica luz UVA para abordar la afección. Los psoralenos también se utilizan en fotoféresis , donde se mezclan con los leucocitos extraídos antes de aplicar la radiación UV.
A pesar de las propiedades fotocarcinogénicas del psoraleno, [4] [5] se utilizó como activador del bronceado en protectores solares hasta 1996. [6] Los psoralenos se utilizan en aceleradores del bronceado, porque el psoraleno aumenta la sensibilidad de la piel a la luz. Algunos pacientes han tenido una pérdida grave de piel después de tomar el sol con activadores del bronceado que contienen psoraleno. [7] Los pacientes con un color de piel más claro sufren cuatro veces más por las propiedades de los psoralenos generadores de melanoma que aquellos con piel más oscura. [6] Los efectos secundarios a corto plazo de los psoralenos incluyen náuseas, vómitos, eritema, prurito, xerosis, dolor en la piel debido al daño fototóxico del nervio dérmico y pueden causar neoplasias malignas cutáneas y genitales. [8]
Un uso adicional de los psoralenos optimizados es la inactivación de patógenos en productos sanguíneos. El aminopsoraleno sintético, amotosaleno HCl, se ha desarrollado para la inactivación de patógenos infecciosos (bacterias, virus, protozoos) en plaquetas y componentes sanguíneos plasmáticos preparados para el apoyo transfusional de pacientes. Antes del uso clínico, se probaron las plaquetas tratadas con amotosaleno y se descubrió que no eran cancerígenas cuando se utilizaba el modelo de ratón knockout para p53 establecido . [9] La tecnología se utiliza actualmente de forma rutinaria en ciertos centros de sangre europeos y recientemente ha sido aprobada en los EE. UU. [10] [11] [12] [13]
El psoraleno se intercala en la doble hélice del ADN, donde está en una posición ideal para formar uno o más aductos con bases pirimidínicas adyacentes, preferentemente timina, tras la excitación por un fotón ultravioleta.
Se han empleado varios métodos fisicoquímicos para derivar constantes de unión para las interacciones psoraleno-ADN. Clásicamente, dos cámaras de psoraleno y una solución de ADN tamponada están divididas por una membrana semipermeable ; la afinidad del psoraleno por el ADN está directamente relacionada con la concentración del psoraleno en la cámara de ADN después del equilibrio. La solubilidad en agua es importante por dos razones: la farmacocinética relacionada con la solubilidad del fármaco en sangre y la necesidad del uso de disolventes orgánicos (por ejemplo, DMSO ). Los psoralenos también se pueden activar mediante irradiación con luz ultravioleta de longitud de onda larga. Si bien la luz del rango UVA es el estándar clínico, la investigación de que la UVB es más eficiente en la formación de fotoaductos sugiere que su uso puede conducir a una mayor eficacia y menores tiempos de tratamiento. [14]
Los sitios fotoquímicamente reactivos en los psoralenos son los dobles enlaces carbono-carbono similares a los alquenos en el anillo de furano (el anillo de cinco miembros) y el anillo de pirona (el anillo de seis miembros). Cuando se intercala apropiadamente junto a una base de pirimidina, una reacción de fotocicloadición de cuatro centros puede conducir a la formación de cualquiera de dos monoaductos de tipo ciclobutilo. Normalmente, los monoaductos del lado furano se forman en mayor proporción. El monoaducto de furano puede absorber un segundo fotón UVA que conduce a una segunda fotocicloadición de cuatro centros en el extremo pirón de la molécula y, por tanto, a la formación de un diaducto o entrecruzamiento. Los monoaductos de pirona no absorben en el rango UVA y, por lo tanto, no pueden formar enlaces cruzados con irradiación UVA adicional. [15]
Otra característica importante de esta clase de compuestos es su capacidad para generar oxígeno singlete , aunque este proceso compite directamente con la formación de aductos y puede ser una vía alternativa para la disipación de la energía del estado excitado.
Históricamente, la investigación sobre el psoraleno se ha centrado en las interacciones con el ADN y el ARN (en particular, la formación de ICL). Sin embargo, también se ha demostrado que el psoraleno bloquea la señalización del receptor ErbB2 , que se sobreexpresa en ciertos tipos agresivos de cáncer de mama. [16] Un derivado sintético del bergapteno , el 5-(4-fenoxibutoxi)psoraleno, se muestra prometedor como inmunosupresor al inhibir un canal de potasio específico . Su estructura evita la intercalación en el ADN y produce muy débilmente oxígeno singlete, lo que reduce en gran medida la toxicidad no deseada y la mutagenicidad in vivo . Esto tiene implicaciones para el tratamiento de diversas enfermedades autoinmunes (p. ej., esclerosis múltiple , diabetes tipo 1 y artritis reumatoide ). [17] Si bien la modificación de la superficie celular y el bloqueo de los canales iónicos son dos mecanismos de acción recientemente descubiertos, aún queda mucha investigación por hacer.
La mayoría de las furanocumarinas pueden considerarse derivados de psoraleno o angelicina . El psoraleno y sus derivados a menudo se denominan furanocumarinas lineales , llamadas así porque exhiben una estructura química lineal. Las furanocumarinas lineales importantes incluyen la xantotoxina (también llamada metoxsaleno ), bergapten , imperatorina y nodakenetina .
La estructura del psoraleno se dedujo originalmente identificando los productos de sus reacciones de degradación. Presenta las reacciones normales de la lactona de la cumarina, como la apertura del anillo por un álcali para dar un ácido cumarínico o un derivado del ácido cumárico . El permanganato de potasio provoca la oxidación del anillo de furano, mientras que otros métodos de oxidación producen ácido furano-2,3-carboxílico.
El psoraleno es difícil de sintetizar porque la umbeliferona sufre una sustitución en la posición 8 en lugar de en la posición 6 deseada. El benzofurano reacciona preferentemente en el anillo de furano que en el anillo de benceno . Sin embargo, el derivado 7-hidroxi del 2,3-dihidrobenzofurano (también llamado cumarán) sufre una sustitución en la posición 6 deseada, lo que permite la siguiente síntesis del sistema cumarina mediante una reacción de Gattermann-Koch seguida de una condensación de Perkin usando anhídrido acético . Luego, la síntesis se completa mediante la deshidrogenación del anillo de cinco miembros para producir el anillo de furano.
El psoraleno se origina a partir de cumarinas en la vía del shikimato ; su biosíntesis se muestra en la siguiente figura. El anillo aromático en 6 se activa en posiciones orto con respecto al grupo hidroxilo y se alquila con 5, un agente alquilante . El grupo dimetilalilo en 7 luego se cicla con el grupo fenol para dar 8. Esta transformación es catalizada por una monooxigenasa17 dependiente del citocromo P-450 (psoraleno 5-monooxigenasa) y cofactores ( NADPH ) y oxígeno molecular. [18]
En la siguiente figura se muestra una vía biosintética en la que se forma el psoraleno. Una segunda enzima monooxigenasa dependiente de P-450 ( psoraleno sintasa ) luego escinde 10 (en forma de 11) de 8 para dar 1. Esta vía no implica ningún intermediario hidroxilado, y se postula que la escisión se inicia mediante una reacción radical. . [18]
Ficus carica (higo) es probablemente la fuente más abundante de psoralenos. También se encuentran en pequeñas cantidades en Ammi visnaga (bisnaga), Pastinaca sativa (chirivía), Petroselinum crispum ( perejil ), Levisticum officinale (apio de monte), Foeniculum vulgare (fruta, es decir, semillas de hinojo), Daucus carota (zanahoria), Psoralea. corylifolia (babchi), Apium graveolens (apio), aceite de bergamota ( bergapten , bergamotina ). [19]
El tratamiento con PUVA produce tanto enlaces cruzados entre cadenas de ADN (ICL) como monoaductos. Las ICL introducidas por el psoraleno son altamente genotóxicas para las células que se replican activamente. El enlace covalente impide la progresión de la horquilla de replicación . Por lo tanto, es necesario desvincular la ICL antes de que se pueda reanudar la replicación. Los pasos iniciales en la reparación normalmente implican incisiones en una hebra parental a ambos lados del entrecruzamiento. [20] Posteriormente, la reparación de la lesión puede ocurrir mediante un proceso preciso o impreciso.
El proceso exacto para reparar los enlaces cruzados es la reparación recombinacional homóloga (HRR). Esto implica reemplazar la información dañada utilizando la información intacta de otro cromosoma homólogo en la misma célula. Las células de Escherichia coli deficientes en HRR son muy sensibles a PUVA en comparación con las células de tipo salvaje. [21] HRR parece ser eficiente. En E. coli , aunque uno o dos entrecruzamientos no reparados son suficientes para inactivar una célula, una célula de tipo salvaje puede reparar y por lo tanto recuperar de 53 a 71 entrecruzamientos de psoraleno. [21] En la levadura Saccharomyces cerevisiae, la HRR es una vía importante para eliminar con precisión los enlaces cruzados de psoraleno. [22] En la levadura de tipo salvaje, los eventos de recombinación asociados con la eliminación de enlaces cruzados mediante HRR son predominantemente eventos de conversión de genes sin cruce . Los enlaces cruzados de psoraleno en el ADN del virus también parecen eliminarse mediante un proceso de reparación recombinacional como ocurre en las células infectadas por el virus SV40 [23] y en las células infectadas por el virus del herpes simple. [24]
Un proceso inexacto para reparar los enlaces cruzados de psoraleno parece emplear una ADN polimerasa para llenar el espacio formado en la hebra con las dos incisiones. Este proceso es inexacto porque la hebra complementaria sin incisión todavía retiene una porción del entrecruzamiento y por lo tanto no puede servir como plantilla adecuada para una síntesis de reparación precisa. La síntesis de reparación inexacta puede causar mutación . Los monoaductos de psoraleno en la cadena de ADN molde también pueden causar una derivación de replicación imprecisa ( síntesis de translesión ) que puede conducir a una mutación. En el fago T4 , se descubrió que el aumento de la mutación observado después del tratamiento con PUVA refleja la síntesis de translesión mediante la ADN polimerasa de tipo salvaje, probablemente debido a una capacidad imperfecta de lectura de pruebas.
Los psoralenos pueden reticular reversiblemente las dobles hélices de los ácidos nucleicos y, por lo tanto, se han utilizado ampliamente para el análisis de interacciones y estructuras tanto del ADN como del ARN. [25] [26]
