Camptothecin

3.1 Introducción

Camptothecin (CPT) es un alcaloide indólico monoterpeno que fue aislado por primera vez de Camptotheca acuminata por Monroe Wall y Mansukh Wani en la División de Introducción de Plantas del USDA a mediados de 1958 (Wall et al., 1966). C. acuminata es un árbol nativo de China y su corteza se utiliza en la medicina tradicional china desde tiempos inmemoriales. Los acontecimientos del descubrimiento de CPT fueron bien revisados por Wall y Wani (1996) los codescubridores de CPT y Taxol. Más tarde, durante los años 50 y hasta finales de los 60, las potentes actividades anticancerígenas de la CPT impulsaron a los científicos a investigar la síntesis química total y a validar su potencial mediante estudios preclínicos y clínicos (Schultz, 1973). La eficacia de la TPC se investigó en los Estados Unidos mediante la realización de ensayos clínicos de fase I (Gottlieb y Luce, 1972; Muggia et al., 1972) y de fase II (Moertel et al., 1972). El uso clínico de la TPC fue evidente en China para el tratamiento del cáncer de estómago y vejiga y ciertos tipos de leucemia, a menudo en combinación con corticosteroides (Pettit, 1976). Los primeros estudios indicaron que la forma de carboxilato hidrosoluble de la TPC (sal sódica de TPC) mostraba algunos resultados positivos contra el cáncer de cuello o vejiga en China (Xu, 1980). Sin embargo, los resultados de los ensayos clínicos realizados en Estados Unidos utilizando la forma de carboxilato de CPT no parecían ser tan prometedores como fármaco anticanceroso. Esta inconsistencia podría atribuirse al hecho de que los ensayos clínicos de Estados Unidos incluyeron sólo a pacientes que ya habían mostrado resistencia a otro tratamiento. No obstante, la falta de eficacia consistente de la forma de carboxilato de CPT en los ensayos clínicos llevó a los investigadores a centrarse en la forma de lactona de CPT para seguir mejorando los fármacos. Sin embargo, los ensayos clínicos con CPT se interrumpieron esencialmente en la década de 1970 debido a la incapacidad de resolver la propiedad insoluble en agua de la CPT en la forma de lactona, las bajas tasas de respuesta y la elevada toxicidad, como la mielosupresión, las toxicidades gastrointestinales y la cistitis hemorrágica (Horwitz, 1975; Rozencweig et al., 1976)

Aunque los ensayos clínicos con CPT finalizaron en la década de 1970, los estudios con respecto a su mecanismo de acción continuaron en años posteriores. El equipo de marido y mujer formado por los doctores Marshall y Susan Horwitz de la Facultad de Medicina Albert Einstein, así como otros, hicieron los primeros descubrimientos relacionados con el mecanismo de acción de la TPC. Sus estudios revelaron que la TPC inhibe la síntesis de ADN y ARN (incluido el ARN ribosómico) e induce daños en el ADN (Horwitz et al., 1971; Kessel, 1971; Abelson y Penman, 1972; Wu et al., 1971; Horwitz y Horwitz, 1973). Estos científicos observaron que la CPT es más potente durante la fase S del ciclo celular y predijeron que la intervención durante la replicación del ADN podría estar jugando un papel en la muerte celular inducida por la CPT. Estudios posteriores indicaron que la CPT detenía el ciclo celular tanto en la fase S como en la G2, que son las causas de la citotoxicidad de la CPT (Tsao et al., 1992; Goldwasser et al., 1996). A principios de la década de 1980, se estaba explorando clínicamente una serie de agentes dañinos para el ADN no relacionados para tratar el cáncer y las infecciones bacterianas. Los estudios revelaron dos clases diferentes de fármacos que dañan el ADN, como los antibióticos de quinolona (cinoxacina, ácido nalidíxico y ciprofloxacina) y los derivados de la podofilotoxina (etopósido y tenipósido), que resultaron ser perjudiciales para el ADN. Ambas clases de fármacos compartían el mismo mecanismo de acción, es decir, la inhibición de la topoisomerasa II (Top2), una enzima activa durante la fase S que ayuda al fenómeno de la replicación del ADN (Froelich-Ammon y Osheroff, 1995). Observando esto, el equipo del Dr. Leroy F. Liu en John Hopkins, en colaboración con los laboratorios Smith Kline & French de Filadelfia, probó si el CPT también tiene una actividad similar para inducir la muerte celular. Para su sorpresa, el CPT de 125 µM no logró inhibir la escisión del ADN dependiente de Top2. Sin embargo, cuando probaron otras enzimas asociadas a la replicación del ADN, observaron una inducción potente y dependiente de la dosis del daño al ADN en presencia de la topoisomerasa I (Top1) (Hsiang et al., 1985). Los ortólogos de Top1 se encuentran en todos los eucariotas y parecen ser una enzima esencial durante el desarrollo en una amplia variedad de animales. Por ejemplo, la eliminación de Top1 durante las primeras etapas del desarrollo es letal tanto para Mus musculus (Morham et al., 1996) como para Drosophila melanogaster (Zhang et al., 2000a,b). DNA Top1 es la enzima responsable de relajar el ADN superenrollado durante el proceso de replicación y transcripción del ADN. En concreto, Top1 primero escinde el ADN superenrollado para introducir una rotura monocatenaria, o mella, en el ADN y se une covalentemente al extremo 3′ del ADN mellado y permite que la hebra 5′-mellada gire alrededor de la hebra intacta de forma controlada. Tras la rotación, Top1 religa la hebra mellada (Koster et al., 2005). Esta formación del complejo Top1-ADN durante la replicación del ADN se denomina comúnmente «complejo covalente Top1», debido a la unión covalente entre Top1 y la hebra mellada (Pommier, 2006). La CPT y los análogos de la CPT requieren la inhibición de la actividad de Top1 (Eng et al., 1988; Nitiss y Wang, 1988), lo que provoca la muerte celular. En la célula, la CPT se integra en el complejo covalente Top1/ADN, formando un complejo ternario. Por tanto, tanto Top1 como el ADN son necesarios para la actividad, y la CPT no muestra capacidad de unión en ausencia de ninguno de los dos (Leteurtre et al., 1993). La CPT se une tanto a la enzima Top1 como a la cadena de ADN intacta a través de enlaces de hidrógeno y evita tanto la religación del ADN mellado como la disociación de Top1 del ADN. Durante la replicación, este complejo ternario de CPT actúa como un obstáculo para la horquilla de replicación. La colisión entre el complejo ternario y la horquilla de replicación provoca una tensión de cizallamiento en la hebra de ADN intacta, lo que provoca la rotura y la muerte celular. El objetivo conocido de la CPT y sus análogos es el complejo Top1-ADN. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, se ha demostrado que la CPT también afecta a la síntesis de proteínas, ARN y ADN, lo que sugiere que la CPT podría tener otras dianas celulares. La actividad inhibidora de la CPT se confirma además cuando las células de levadura con Top1 eliminado se vuelven funcionalmente inmunes a la CPT y sus análogos, y las células cancerosas de mamíferos o humanas se vuelven resistentes a las CPT cuando Top1 está mutado (Gongora et al., 2011; Urasaki et al., 2001; Benedetti et al., 1993; Chang et al., 2002; Arakawa et al., 2013; Jensen et al., 2016). La sobreexpresión de un Top1 mutante (Yanase et al., 1999) da lugar a un aumento de la actividad de la sensibilidad CPT potenciada por Top1 (Wu et al., 2014). El modo de acción más ampliamente estudiado y documentado de la CPT y sus análogos es la inhibición del ADN. Sin embargo, en la presente revisión se analizan otras dianas celulares y moleculares de la CPT que también son responsables de la actividad anticancerígena.