Camptothecin

3.1 Bevezetés

A camptothecin (CPT) egy monoterpén indol alkaloid, amelyet először Monroe Wall és Mansukh Wani izolált a Camptotheca acuminatából az USDA Plant Introduction Division-nél 1958 közepén (Wall et al., 1966). A C. acuminata Kínában őshonos fa, és kérgét a kínai hagyományos gyógyászatban ősidők óta használják. A CPT felfedezésének eseményeit Wall és Wani (1996), a CPT és a taxol társfelfedezői jól áttekintették. Később az 1950-es években és az 1960-as évek végén a CPT erős rákellenes tevékenysége arra késztette a tudósokat, hogy a teljes kémiai szintézist vizsgálják, és preklinikai és klinikai vizsgálatokkal igazolják a benne rejlő lehetőségeket (Schultz, 1973). A CPT hatékonyságát az Egyesült Államokban I. fázisú (Gottlieb és Luce, 1972; Muggia és mtsai., 1972) és II. fázisú klinikai vizsgálatokkal (Moertel és mtsai., 1972) vizsgálták. A CPT klinikai alkalmazása Kínában nyilvánvaló volt a gyomor- és hólyagrák, valamint a leukémia bizonyos típusainak kezelésére, gyakran kortikoszteroidokkal kombinálva (Pettit, 1976). A korai vizsgálatok azt mutatták, hogy a CPT vízben oldódó karboxilát formája (CPT nátriumsó) néhány pozitív eredményt mutatott nyak- vagy hólyagrák ellen Kínában (Xu, 1980). Az Egyesült Államokból származó klinikai vizsgálatok eredményei azonban a CPT karboxilát formájának alkalmazásával nem tűntek olyan ígéretes rákellenes gyógyszernek. Ez az ellentmondás annak tulajdonítható, hogy az amerikai klinikai vizsgálatokban csak olyan betegek vettek részt, akik már rezisztenciát mutattak más kezelésekkel szemben. Mindazonáltal a CPT karboxilát formájának következetes hatékonyságának hiánya a klinikai vizsgálatokban arra késztette a kutatókat, hogy a CPT lakton formájára összpontosítsanak a továbbfejlesztett gyógyszerek érdekében. A CPT-vel végzett klinikai kísérleteket azonban az 1970-es években lényegében abbahagyták, mivel a CPT vízben nem oldódó tulajdonságát a laktonformában nem tudták megoldani, a válaszok aránya alacsony volt, és magas volt a toxicitás, mint például a myeloszuppresszió, a gasztrointesztinális toxicitás és a hemorrhagiás cystitis (Horwitz, 1975; Rozencweig és mtsi., 1976)

Noha a CPT klinikai vizsgálatai az 1970-es években befejeződtek, a hatásmechanizmusával kapcsolatos vizsgálatok a későbbi években is folytatódtak. Az Albert Einstein Orvosi Főiskolán dolgozó Dr. Marshall és Susan Horwitz házaspár, valamint mások tették a CPT hatásmechanizmusával kapcsolatos korai megállapításokat. Vizsgálataik kimutatták, hogy a CPT gátolja a DNS és az RNS (beleértve a riboszómális RNS-t is) szintézisét, és DNS-károsodást idéz elő (Horwitz és mtsai., 1971; Kessel, 1971; Abelson és Penman, 1972; Wu és mtsai., 1971; Horwitz és Horwitz, 1973). Ezek a tudósok megfigyelték, hogy a CPT a sejtciklus S-fázisában a leghatásosabb, és azt jósolták, hogy a DNS-replikáció során történő beavatkozás szerepet játszhat a CPT által kiváltott sejthalálban. Későbbi vizsgálatok azt mutatták, hogy a CPT mind az S-, mind a G2-fázisban megállítja a sejtciklust, ami a CPT citotoxicitásának oka (Tsao és mtsai., 1992; Goldwasser és mtsai., 1996). Az 1980-as évek elején számos, egymástól független DNS-károsító anyagot vizsgáltak klinikailag a rák és a bakteriális fertőzések kezelésére. A vizsgálatok a DNS-károsító gyógyszerek két különböző osztályát, a kinolon antibiotikumokat (cinoxacin, nalidixinsav és ciprofloxacin) és a podofillotoxin-származékokat (etopozid és tenipozid) mutatták ki DNS-károsítónak. Mindkét gyógyszercsoportnak ugyanaz a hatásmechanizmusa, azaz a topoizomeráz II (Top2) gátlása, amely az S-fázisban aktív, a DNS-replikáció jelenségét segítő enzim (Froelich-Ammon és Osheroff, 1995). Ezt észlelve Dr. Leroy F. Liu csapata a John Hopkinsban, a philadelphiai Smith Kline & French Laboratories-szal együttműködve megvizsgálta, hogy a CPT-nek is hasonló aktivitása van-e a sejthalál kiváltására. Meglepetésükre a 125 µM CPT nem gátolta a Top2-függő DNS-hasadást. Amikor azonban más, a DNS-replikációhoz kapcsolódó enzimeket vizsgáltak, erős és dózisfüggő DNS-károsodás indukciót figyeltek meg a topoizomeráz I (Top1) jelenlétében (Hsiang és mtsai., 1985). A Top1 ortológjai minden eukariótában megtalálhatók, és úgy tűnik, hogy számos állatban esszenciális enzim a fejlődés során. Például a Top1 kiütése a fejlődés korai szakaszában letális mind a Mus musculus (Morham et al., 1996), mind a Drosophila melanogaster (Zhang et al., 2000a,b) esetében. A DNS Top1 a DNS replikáció és transzkripció során a szupertekercselt DNS lazításáért felelős enzim. Konkrétan a Top1 először a szupercoil DNS-t hasítja, hogy egy egyszálú törést, azaz nick-et vezessen be a DNS-be, majd kovalensen kötődik a nickelt 3′-végű DNS-hez, és lehetővé teszi, hogy az 5′-nickelt szál kontrollált módon elforduljon az ép szál körül. A forgás után a Top1 religálja a nickelt szálat (Koster és mtsai., 2005). Ezt a Top1-DNS-komplex képződést a DNS-replikáció során általában “Top1 kovalens komplexnek” nevezik, a Top1 és a nickelt szál közötti kovalens kötés miatt (Pommier, 2006). A CPT és a CPT-analógok a Top1 aktivitásának gátlását teszik szükségessé (Eng és mtsai., 1988; Nitiss és Wang, 1988), ami sejthalált eredményez. A sejtben a CPT integrálódik a Top1/DNS kovalens komplexbe, terner komplexet alkotva. Az aktivitáshoz tehát mind a Top1, mind a DNS szükséges, és a CPT egyik hiányában sem mutat kötődési képességet (Leteurtre és mtsai., 1993). A CPT hidrogénkötésen keresztül mind a Top1 enzimhez, mind az ép DNS-szálhoz kötődik, és megakadályozza mind a nickelt DNS religálását, mind a Top1 DNS-től való disszociációját. A replikáció során ez a CPT-terner komplex a replikációs villa útakadályaként működik. A terner komplex és a replikációs villa közötti ütközés nyírófeszültséget okoz az ép DNS-szálon, ami töréshez és sejthalálhoz vezet. A CPT és analógjai ismert célpontja a Top1-DNS komplex. A fent említettek szerint azonban kimutatták, hogy a CPT a fehérje-, RNS- és DNS-szintézist is befolyásolja, ami arra utal, hogy a CPT-nek más sejtszintetikus célpontjai is lehetnek. A CPT gátló hatását az is megerősíti, hogy a deletált Top1-et tartalmazó élesztősejtek funkcionálisan immunissá válnak a CPT-vel és analógjaival szemben, illetve emlős vagy humán rákos sejtek rezisztenssé válnak a CPT-vel szemben, ha a Top1 mutálódik (Gongora et al., 2011; Urasaki et al., 2001; Benedetti et al., 1993; Chang et al., 2002; Arakawa et al., 2013; Jensen et al., 2016). Egy mutáns Top1 (Yanase és mtsai., 1999) túlterjedése a Top1 által erősített CPT-érzékenység fokozott aktivitását eredményezi (Wu és mtsai., 2014). A CPT és analógjainak leginkább vizsgált és dokumentált hatásmódja a DNS gátlása. Jelen áttekintésben azonban a CPT különböző egyéb sejtes és molekuláris célpontjait tárgyaljuk, amelyek szintén felelősek a rákellenes hatásért.