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Pedro García Química Medicinal II UCR 1

Intercalación a ADN


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, geometriacomplejo ADN-ligando, selectividad por secuencia


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)


Intercalación de ADN


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


Topoisomerasas


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


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

Mecanismo ADN Topoisomerasa I

• Ataca una sola hebra

– Rompimiento: unión 3’-fosfotirosil

– Unión: 5’-hidroxil ataca fosfato


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’


Mecanismo de ADN Topoisomerasa II

• Homodímero / ATP

• Rompimiento doble (dos hebras) transitorio

– Unión covalente 5’-fosfotirosil (ambos monómeros)


Mecanismo ADN topoisomerasa II

• Rompimientos separados por 4 bases

– Genera espacio para que pase ADN

– Unión, se disocia de la enzima y se libera


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



Inhibidores topoisomerasa II

• Atrapan segmento G intermediario

– Bloquea unión

• Ejemplos:

– Derivados de acridina

– Antraciclinas

– No intercaladores: etopósido

Intercaladores


Antraciclina-inhibidor topoisomerasa II

• Forma complejo con ADN y topoisomerasa

– Inhibe replicación y transcripción

– Azúcar es crucial para estabilizar complejo y actividad antitumoral


Antraciclina-inhibidor topoisomerasa II

• Mitoxantrona también puede generar complejo

– Sustitución isostérica: C anillo por N; aumenta afinidad ADN??

– Permite prescindir de fenoles (quelantes-cardiotoxicidad-radicales)

– Pixantrona: menos cardiotóxica.


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



• 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)



• Ejemplo sustituciones

– Cadenas aminoalquiladas(mejora solubilidad y asociación a fosfatidilserina= acumulación en pulmones)

– Fosfato (Prodroga)

– Perfluorinada: aumenta lipofilicidad, activa contra topo I y II


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 lactonaen E es esencial

– Topotecan: que se pretendía???


Irinotecan (CPT-11)

• Prodroga para evitar toxicidad.

– Carboxilesterasa: SN-38

• Sinergismo con cisplatino.


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


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

Microtúbulos


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


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


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


Microtúbulos

• Clasificación por “sitios de unión” con tubulina:

– Vinca

– Colchicina

– Taxol

– Se han descubierto otros sitios



Alcaloides de la vinca

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


Alcaloides naturales de la vinca y análogos


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

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


Productos naturales marinos en sitio “Vinca”

• Mecanismo de defensa

• Halicondrinas

• Dolastatinas

• Hemiasterlinas

• Criptoficinas

• Espongistatinas



• Halicondrina B: poliéter macrólido de esponja

• Escaso: Síntesis y análogos (lactona biodegradables, sustitución por cetona)



• Dolastatina 10: péptido de molusco

– No muy activo

– Análogos: Sintadotin (activo vía oral)



• Hemiasterlina: esponja

• Criptoficina: depsipéptido de cianobacteria, también antifúngico.– Unión fuerte, poco reversible

– Poca resistencia por Pgp-170



• Espongistatina: lactona macrocíclica, esponjas. Tumores sólidos



Colchicina

Colchicina

• Alcaloide de Colchicum autumnale

– Se une a sitio de colchicina en tubulina

– Muy importante en estudios, pero muy tóxica


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


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


Combrestatinas

• Árbol: Combrettum caffrum

• Similaridad colchicina

• Rápida unión a tubulina

• cis: crítico para actividad

• Poco soluble prodrogas



Taxanos

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)


TaxanosPedro García Química Medicinal II UCR 49

Taxanos

• Paclitaxel y docetaxel estabilizan el huso mitótico

– Se une a subunidad beta de tubulina

– Detiene el ciclo en G2/M


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


Análogos Taxanos

• Mejor farmacocinética

• Ortataxel: vía oral, mayor potencia


SAR Taxanos


Mitomicina


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


Mitomicina- Mk: Activación por bioreducción in situ


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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