Ингибитор топоизомеразы - Topoisomerase inhibitor

Ингибиторы топоизомеразы химические соединения, блокирующие действие топоизомеразы[1] (топоизомеразы I и II), которые являются ферменты которые контролируют изменения в ДНК структура[2] к катализирующий разрыв и воссоединение фосфодиэфир костяк нитей ДНК во время нормального клеточный цикл.

В последние годы топоизомеразы стали популярными мишенями для рак химиотерапевтические процедуры. Считается, что ингибиторы топоизомеразы блокируют перевязка стадия клеточного цикла, генерирующая одно- и двухцепочечные разрывы, нарушающие целостность генома. Введение этих разрывов впоследствии приводит к апоптозу и гибели клеток.

Ингибиторы топоизомеразы также могут действовать как антибактериальный агенты.[3] Хинолоны (включая налидиксовая кислота и ципрофлоксацин ) имеют эту функцию.[4] Хинолоны связываются с этими ферментами и предотвращают их декатенация репликация ДНК.

Классификация

Ингибиторы топоизомеразы часто делят в зависимости от фермента, который они ингибируют:[5]

Многочисленные растения производного происхождения природные фенолы (бывший. EGCG,[7][8][9][10][11] геништейн, кверцетин, ресвератрол ) обладают сильными ингибирующими свойствами топоизомеразы, влияющими на оба типа ферментов. Они могут выражать функцию фитоалексины - соединения, вырабатываемые растениями для борьбы с вредителями и вредителями.

Использование ингибиторов топоизомеразы для противоопухолевого лечения может привести к вторичные новообразования из-за повреждающих свойств ДНК соединений. Также полифенолы растительного происхождения проявляют признаки канцерогенности, особенно у плодов и новорожденных, которые не детоксифицируют соединения в достаточной степени.[12][13][14] Связь между высоким потреблением чай (содержащий полифенолы ) во время беременности и повышенный риск злокачественных опухолей центральной нервной системы (ЦНС) у детей.[15][16]

Ингибиторы топоизомеразы I типа

Топоизомераза I ДНК человека (Top1) - важный фермент, который расслабляет суперспирализацию ДНК во время репликации и транскрипции. Top1 генерирует однонитевые разрывы ДНК, которые позволяют вращать расщепленную цепь вокруг оси двойной спирали. Top1 также повторно лигирует расщепленную цепь, чтобы восстановить неповрежденную дуплексную ДНК. Промежуточные продукты Top1-ДНК, известные как комплексы расщепления, временны и находятся на низких уровнях при нормальных обстоятельствах. Однако обработка ингибиторами Top1, такими как камптотецины, стабилизирует расщепляемые комплексы, предотвращает лигирование ДНК и вызывает летальные разрывы цепи ДНК. Раковые клетки избирательно чувствительны к образованию этих повреждений ДНК.[нужна цитата ]

Top1 - подтвержденная мишень для лечения рака человека. Камптотецины являются одними из самых эффективных противоопухолевых средств, недавно введенных в клиническую практику. В связи с этим производное камптотецина топотекан (Гикамтин) одобрено FDA США для лечения рака яичников и легких. Другое производное камптотецина иринотекан (CPT11) одобрено для лечения рака толстой кишки.[нужна цитата ]

Однако у производных камптотецина есть определенные клинические ограничения. К ним относятся: 1) спонтанная инактивация в лактоновую форму в крови, 2) быстрое обращение захваченного расщепляемого комплекса после удаления лекарства, требующее длительных инфузий, 3) устойчивость раковых клеток, сверхэкспрессирующих мембранные переносчики, и 4) ограничивающие дозу побочные эффекты диарея и нейтропения.[нужна цитата ]

Чтобы обойти эти ограничения, доктор Марк Кушман из Университета Пердью и доктор Ив Поммье из Национального института рака разработали некамптотециновое семейство ингибиторов инденоизохинолина Top1. В отличие от камптотецинов, инденоизохинолины: 1) химически стабильны в крови, 2) ингибиторы расщепляемых комплексов Top1 в определенных местах, 3) не являются субстратами мембранных переносчиков и 4) более эффективны в качестве противоопухолевых агентов на животных моделях. Пакет доклинических исследований и IND, поданный в Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США, вместе с полным производством GMP, поддерживающим молекулу свинца, являются компонентами опубликованной и неопубликованной информации, охватываемой лицензионным соглашением с Purdue Research Foundation, Национальным онкологическим центром и Linus Oncology, Inc. .[нужна цитата ]

Linus Oncology имеет лицензию на интеллектуальную собственность, которая охватывает разработку этих и связанных с ними производных инденоизохинолина. Исследование фазы I у взрослых с рецидивирующими солидными опухолями и лимфомами продолжается (2012).[нужна цитата ]

Инденоизохинолины (зеленый) образуют тройные комплексы Top1 (коричневый) и ДНК (синий) (Pommier et al.) И действуют как межфазные ингибиторы.[нужна цитата ]

У этих новых некамптотециновых ингибиторов Top1 есть несколько преимуществ по сравнению с одобренными FDA аналогами камптотецина:[нужна цитата ]

  • Это синтетические и химически стабильные соединения.
  • Сайты расщепления Top1, захваченные инденоизохинолинами, имеют разные геномные местоположения, что подразумевает дифференциальное нацеливание на геномы раковых клеток.
  • Комплексы расщепления Top1, захваченные инденоизохинолинами, более стабильны, что свидетельствует о пролонгированном действии препарата.
  • Инденоизохинолины редко или не используются в качестве субстратов для оттокных насосов с множественной лекарственной устойчивостью (ABCG2 и MDR-1).

Основываясь на этих очень благоприятных характеристиках, два производных инденоизохинолина (из серии из> 400 молекул), индотекан (LMP400; NSC 743400) и индимитекан (LMP776; NSC 725776) в настоящее время проходят оценку в рамках фазы I клинических испытаний, проводимых в Национальном университете. Институт рака для пациентов с рецидивами солидных опухолей и лимфом.[17]

Ингибиторы топоизомеразы типа II

Эти ингибиторы делятся на два основных класса: топоизомеразы. яды, которые нацелены на комплекс топоизомераза-ДНК и топоизомераза ингибиторы, которые нарушают каталитический оборот.[нужна цитата ]

Topo II яды

Примеры ядов топоизомеразы включают следующее:

  • эукариотический Ингибиторы топоизомеразы II типа (topo II): амсакрин, этопозид, этопозид фосфат, тенипозид и доксорубицин. Эти препараты являются противораковыми препаратами.
  • бактериальный ингибиторы топоизомеразы II типа (гираза и топо IV): фторхинолоны. Это антибактериальные средства и включают фторхинолоны, такие как ципрофлоксацин.

Некоторые из этих ядов способствуют реакции прямого расщепления (фторхинолоны), в то время как другие яды предотвращают повторное лигирование ДНК (этопозид и тенипозид).

Яды топоизомераз типа IIA могут преимущественно воздействовать на прокариотические и эукариотические ферменты, что делает их привлекательными кандидатами в лекарственные препараты. Ципрофлоксацин нацелен на прокариот в тысячу раз больше, чем на эукариотические topo II. Несмотря на это, ципрофлоксацин является сильнодействующим дозозависимым ядом типа II, поэтому он вызывает массовое разрушение тканевых клеток.[18] Этот плохой профиль безопасности - одна из причин, по которой FDA рекомендовало использовать фторхинолоны только в крайнем случае.

Ингибиторы Topo II

Эти ингибиторы нацелены на N-концевой домен АТФазы topo II и предотвращают переключение topo II.

Примеры ингибиторов топоизомеразы включают:

  • ICRF-193.[19] Структура этого соединения, связанного с доменом АТФазы, была определена Классеном (Proceedings of the National Academy of Sciences, 2004), показав, что лекарство связывается неконкурентным образом и блокирует димеризацию домена АТФазы.[20]
  • геништейн.

Синтетическая летальность с недостаточным WRN выражение

Синтетическая летальность возникает, когда комбинация недостаточности экспрессии двух или более генов приводит к гибели клеток, тогда как недостаточность экспрессии только одного из этих генов этого не делает. Недостатки могут возникать из-за мутаций, эпигенетических изменений или ингибиторов генов. Синтетическая летальность с ингибитором топоизомеразы иринотекан, по-видимому, возникает при назначении онкологическим больным с недостаточной экспрессией гена репарации ДНК WRN.[нужна цитата ]

Анализ 630 первичных опухолей человека в 11 тканях показывает, что гиперметилирование из WRN Промотор CpG-островка (с потерей экспрессии белка WRN) является обычным явлением в онкогенезе.[21] WRN подавляется примерно в 38% колоректальный рак и немелкоклеточные карциномы легких и примерно в 20% случаев рак желудка, рак простаты, рак груди, неходжкинские лимфомы и хондросаркомы, плюс на значительном уровне в других оцененных раках. В WRN протеин-геликаза важна для гомологичный рекомбинационный Ремонт ДНК, а также играет роль в негомологичное соединение концов Ремонт ДНК и эксцизионная репарация ДНК.[22]

Ретроспективное исследование 2006 года с длительным клиническим наблюдением было проведено среди пациентов с раком толстой кишки, получавших ингибитор топоизомеразы. иринотекан. В этом исследовании 45 пациентов имели гиперметилированный WRN промоторы генов и 43 пациента имели неметилированные WRN промоутеры.[21] Иринотекан был более эффективен для пациентов с гиперметилированием. WRN промоторов (выживаемость 39,4 месяца), чем у промоторов с неметилированным WRN промоторы (выживаемость 20,7 мес). Таким образом, ингибитор топоизомеразы оказался особенно синтетически летальным при недостаточном количестве WRN выражение. Дальнейшие исследования также показали синтетическую летальность недостаточной экспрессии WRN и ингибиторы топоизомеразы.[23][24][25][26][27]

Рекомендации

  1. ^ «Определение ингибитора топоизомеразы - Словарь терминов по раку NCI».
  2. ^ «Медицинский словарь Дорландса: ингибитор топоизомеразы».[мертвая ссылка ]
  3. ^ Митчер, Лестер А. (2005). «Бактериальные ингибиторы топоизомеразы: хинолоновые и пиридоновые антибактериальные агенты». Химические обзоры. 105 (2): 559–92. Дои:10.1021 / cr030101q. PMID  15700957.
  4. ^ Фишер, Л. Марк; Пан, Сяо-Су (2008), «Методы определения ингибиторов активности ДНК-гиразы и топоизомеразы IV», Новые мишени для антибиотиков, Методы молекулярной медицины, 142, стр. 11–23, Дои:10.1007/978-1-59745-246-5_2, ISBN  978-1-58829-915-4, PMID  18437302
  5. ^ Владимир, Дьяконов; Лиля, Джемилева; Усеин, Джемилев (2017). «Достижения в химии природных и полусинтетических ингибиторов топоизомеразы I / II». Исследования в области химии натуральных продуктов. 54: 21–86. Дои:10.1016 / B978-0-444-63929-5.00002-4. ISBN  9780444639295.
  6. ^ Benchokroun, Y; Купри, Дж; Ларсен, АК (1995). «Ауринтрикарбоновая кислота, предполагаемый ингибитор апоптоза, является мощным ингибитором ДНК-топоизомеразы II in vitro и в клетках фибросаркомы китайского хомячка». Биохимическая фармакология. 49 (3): 305–13. Дои:10.1016 / 0006-2952 (94) 00465-Х. PMID  7857317.
  7. ^ Neukam, Karin; Пастор Нурия; Кортес, Фелипе (2008). «Флаванолы чая подавляют рост клеток и активность топоизомеразы II ДНК и вызывают эндоредупликацию в культивируемых клетках китайского хомячка». Мутационные исследования / Генетическая токсикология и мутагенез в окружающей среде. 654 (1): 8–12. Дои:10.1016 / j.mrgentox.2008.03.013. PMID  18541453.
  8. ^ Бергер, S; Гупта, S; Бельфи, Калифорния; Госки, DM; Мухтар, Х (2001). «Составляющая зеленого чая (-) - эпигаллокатехин-3-галлат ингибирует активность топоизомеразы I в клетках карциномы толстой кишки человека». Сообщения о биохимических и биофизических исследованиях. 288 (1): 101–5. Дои:10.1006 / bbrc.2001.5736. PMID  11594758.
  9. ^ Сузуки, К; Yahara, S; Хашимото, Ф; Уеда, М. (2001). «Ингибирующая активность (-) - эпигаллокатехин-3-O-галлата против топоизомераз I и II». Биологический и фармацевтический бюллетень. 24 (9): 1088–90. Дои:10.1248 / bpb.24.1088. PMID  11558576.
  10. ^ Bandele, Omari J .; Ошерофф, Нил (2008). «(-) - Галлат эпигаллокатехина, основной компонент зеленого чая, отравляет топоизомеразы человека II типа». Химические исследования в токсикологии. 21 (4): 936–43. Дои:10.1021 / tx700434v. ЧВК  2893035. PMID  18293940.
  11. ^ Bandele, Omari J .; Ошерофф, Нил (2007). «Биофлавоноиды как яды топоизомеразы IIα и IIβ человека». Биохимия. 46 (20): 6097–108. Дои:10.1021 / bi7000664. ЧВК  2893030. PMID  17458941.
  12. ^ Паолини, М; Сапон, А; Валгимигли, L (2003). «Избегание биофлавоноидных добавок во время беременности: путь к детской лейкемии?». Мутационные исследования. 527 (1–2): 99–101. Дои:10.1016 / S0027-5107 (03) 00057-5. PMID  12787918.
  13. ^ Стрик, Р.; Strissel, PL; Боргерс, S; Smith, SL; Роули, JD (2000). «Диетические биофлавоноиды вызывают расщепление гена MLL и могут способствовать развитию лейкемии у младенцев». Труды Национальной академии наук. 97 (9): 4790–5. Дои:10.1073 / pnas.070061297. ЧВК  18311. PMID  10758153.
  14. ^ Росс, Дж. А. (2000). «Диетические флавоноиды и ген MLL: путь к детской лейкемии?». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 97 (9): 4411–3. Bibcode:2000PNAS ... 97.4411R. Дои:10.1073 / pnas.97.9.4411. ЧВК  34309. PMID  10781030.
  15. ^ Wang, R; Чжоу, Вт; Цзян, X (2008). «Кинетика реакции разложения и эпимеризации галлата эпигаллокатехина (EGCG) в водной системе в широком диапазоне температур». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 56 (8): 2694–701. Дои:10.1021 / jf0730338. PMID  18361498.
  16. ^ Пличар, Матье; Менего, Флоренция; Лакур, Бриджит; Хартманн, Оливье; Фраппаз, Дидье; Доз, Франсуа; Бертоцци, Анн-Изабель; Дефашель, Анн-Софи; Пьер-Кан, Ален (2008). «Курение родителей, употребление алкоголя матерями, кофе и чая во время беременности и злокачественных опухолей центральной нервной системы в детстве: исследование ESCALE (SFCE)». Европейский журнал профилактики рака. 17 (4): 376–83. Дои:10.1097 / CEJ.0b013e3282f75e6f. ЧВК  2746823. PMID  18562965.
  17. ^ http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01051635[требуется полная цитата ]
  18. ^ Мукерджи, А; Сен, S; Агарвал, К. (1993). «Ципрофлоксацин: яд ДНК-топоизомераза типа II млекопитающих in vivo». Письма об исследованиях мутаций. 301 (2): 87–92. Дои:10.1016 / 0165-7992 (93) 90029-У. PMID  7678175.
  19. ^ Робинсон, Хелен; Братли-Торесен, Сигрид; Браун, Роберт; Гиллеспи, Дэвид А.Ф. (2007). «Chk1 необходим для ответа контрольной точки G2 / M, индуцированного каталитическим ингибитором топоизомеразы II ICRF-193». Клеточный цикл. 6 (10): 1265–7. Дои:10.4161 / cc.6.10.4225. PMID  17495539.
  20. ^ Baird, C.L .; Гордон, MS; Андреняк Д.М. Marecek, JF; Линдсли, Дж. Э. (2001). «Цикл реакции АТФазы ДНК-топоизомеразы II дрожжей. НИЗКИЕ СКОРОСТИ АТФ-РЕСИНТЕЗА И ВЫПУСКА Pi». Журнал биологической химии. 276 (30): 27893–8. Дои:10.1074 / jbc.M102544200. PMID  11353771.
  21. ^ а б Agrelo R, Cheng WH, Setien F, Ropero S, Espada J, Fraga MF, Herranz M, Paz MF, Sanchez-Cespedes M, Artiga MJ, Guerrero D, Castells A, von Kobbe C, Bohr VA, Esteller M (2006) . «Эпигенетическая инактивация гена синдрома Вернера преждевременного старения при раке человека». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 103 (23): 8822–7. Bibcode:2006ПНАС..103.8822А. Дои:10.1073 / pnas.0600645103. ЧВК  1466544. PMID  16723399.
  22. ^ Моннат Р.Дж. (2010). «Геликазы RECQ человека: роль в метаболизме ДНК, мутагенезе и биологии рака». Семин. Рак Биол. 20 (5): 329–39. Дои:10.1016 / j.semcancer.2010.10.002. ЧВК  3040982. PMID  20934517.
  23. ^ Ван Л., Се Л., Ван Дж, Шен Дж, Лю Б. (2013). «Корреляция между метилированием промотора SULF2 и WRN и химиочувствительностью к иринотекану при раке желудка». BMC Гастроэнтерол. 13: 173. Дои:10.1186 / 1471-230X-13-173. ЧВК  3877991. PMID  24359226.
  24. ^ Берд Дж. Л., Дженнер-Бёрстон К. С., Бахлер М. А., Мейсон П. А., Лоу Дж. Э., Хео С. Дж., Кампизи Дж., Фарагер Р. Г., Кокс Л. С. (2012). «Повторение чувствительности синдрома Вернера к камптотецину путем ограниченного нокдауна геликазы / экзонуклеазы WRN». Биогеронтология. 13 (1): 49–62. Дои:10.1007 / s10522-011-9341-8. PMID  21786128. S2CID  18189226.
  25. ^ Масуда К., Банно К., Янокура М., Цудзи К., Кобаяши Ю., Кису И., Уэки А., Ямагами В., Номура Х, Томинага Е., Сусуму Н., Аоки Д. (2012). «Связь эпигенетической инактивации гена WRN с чувствительностью к противоопухолевым препаратам в клетках рака шейки матки». Онкол. Представитель. 28 (4): 1146–52. Дои:10.3892 / или 2012.1912. ЧВК  3583574. PMID  22797812.
  26. ^ Футами К., Такаги М., Симамото А., Сугимото М., Фуруичи Ю. (2007). «Повышенная химиотерапевтическая активность камптотецина в раковых клетках за счет siRNA-индуцированного подавления геликазы WRN». Биол. Pharm. Бык. 30 (10): 1958–61. Дои:10.1248 / bpb.30.1958. PMID  17917271.
  27. ^ Футами К., Исикава Ю., Гото М., Фуруичи Ю., Сугимото М. (2008). «Роль геликазы продукта гена синдрома Вернера в канцерогенезе и устойчивости раковых клеток к генотоксинам». Рак Науки. 99 (5): 843–8. Дои:10.1111 / j.1349-7006.2008.00778.x. PMID  18312465. S2CID  21078795.

Библиография