Camptothecin

3.1 Introdução

Camptothecin (CPT) é um alcalóide monoterpeno interno que foi isolado pela primeira vez da Camptotheca acuminata por Monroe Wall e Mansukh Wani na Divisão de Introdução Vegetal do USDA em meados de 1958 (Wall et al., 1966). A C. acuminata é uma árvore nativa da China e sua casca é usada na medicina tradicional chinesa desde tempos imemoriais. Os eventos da descoberta da CPT foram bem revistos por Wall e Wani (1996), os co-descobridores da CPT e Taxol. Mais tarde, durante os anos 50 e até finais dos anos 60, as potentes actividades anticancerosas da CPT levaram os cientistas a investigar a síntese química total e validar o seu potencial através de estudos pré-clínicos e clínicos (Schultz, 1973). A eficácia da fisioterapia foi investigada nos Estados Unidos através da realização da fase I (Gottlieb e Luce, 1972; Muggia et al., 1972) e ensaios clínicos da fase II (Moertel et al., 1972). O uso clínico da fisioterapia era evidente na China para o tratamento de câncer de estômago e bexiga e certos tipos de leucemia, muitas vezes em combinação com corticosteróides (Pettit, 1976). Os primeiros estudos indicaram que a forma hidrossolúvel do carboxilato CPT (sal de sódio CPT) mostrou alguns resultados positivos contra o cancro do pescoço ou da bexiga na China (Xu, 1980). No entanto, os resultados dos ensaios clínicos realizados nos Estados Unidos utilizando a forma de carboxilato de CPT pareciam não ser tão promissores como os medicamentos anticancerígenos. Esta inconsistência pode ser atribuída ao facto de os ensaios clínicos dos EUA incluírem apenas pacientes que já tinham mostrado resistência a outros tratamentos. No entanto, a falta de eficácia consistente da forma de carboxilato de CPT em ensaios clínicos levou os investigadores a concentrarem-se na forma de lactona de CPT para medicamentos ainda melhorados. No entanto, os ensaios clínicos com fisioterapia foram essencialmente interrompidos nos anos 70 devido à incapacidade de resolver a propriedade hidrossolúvel da fisioterapia na forma de lactona, baixos índices de resposta e alta toxicidade, como mielossupressão, toxicidade gastrointestinal e cistite hemorrágica (Horwitz, 1975; Rozencweig et al., 1976)

Embora os ensaios clínicos de fisioterapia tenham terminado nos anos 70, os estudos relativos ao seu mecanismo de acção continuaram em anos posteriores. A equipe de marido e mulher dos Drs. Marshall e Susan Horwitz do Albert Einstein College of Medicine, assim como outros, fizeram as primeiras descobertas relacionadas com o mecanismo de ação da fisioterapia. Seus estudos revelaram que o CPT inibe a síntese de DNA e RNA (incluindo o RNA ribossômico) e induz danos ao DNA (Horwitz et al., 1971; Kessel, 1971; Abelson e Penman, 1972; Wu et al., 1971; Horwitz e Horwitz, 1973). Estes cientistas observaram que a CPT é mais potente durante a fase S do ciclo celular e previram que a intervenção durante a replicação do DNA poderia estar desempenhando um papel na morte celular induzida pela CPT. Estudos posteriores indicaram que a CPT prendeu o ciclo celular nas fases S e G2, que são as causas da citotoxicidade da CPT (Tsao et al., 1992; Goldwasser et al., 1996). Durante o início da década de 1980, uma série de agentes prejudiciais ao DNA não relacionados estavam sendo explorados clinicamente para tratar câncer e infecções bacterianas. Estudos revelaram duas classes diferentes de drogas prejudiciais ao DNA, como os antibióticos quinolonas (cinoxacina, ácido nalidíxico e ciprofloxacina) e os derivados de podofilotoxina (etoposídeo e tenipósido), que foram encontrados como prejudiciais ao DNA. Ambas as classes de drogas compartilharam o mesmo mecanismo de ação, ou seja, inibição da topoisomerase II (Top2), uma enzima ativa durante a fase S que auxilia o fenômeno de replicação do DNA (Froelich-Ammon e Osheroff, 1995). A equipa do Dr. Leroy F. Liu na John Hopkins, em colaboração com Smith Kline & Laboratórios franceses em Filadélfia, testou se o CPT tem também uma actividade semelhante para induzir a morte celular. Para sua surpresa, o CPT de 125 µM não conseguiu inibir a clivagem do DNA dependente do Top2. Entretanto, quando testaram outras enzimas associadas à replicação de DNA, observaram indução potente e dose-dependente do dano de DNA na presença de topoisomerase I (Top1) (Hsiang et al., 1985). Os ortologues Top1 são encontrados em todos os eucariotas e parecem ser uma enzima essencial durante o desenvolvimento em uma grande variedade de animais. Por exemplo, a eliminação do Top1 durante os estágios iniciais de desenvolvimento é letal tanto para Mus musculus (Morham et al., 1996) como para Drosophila melanogaster (Zhang et al., 2000a,b). O DNA Top1 é a enzima responsável por relaxar o DNA super-recuperado durante o processo de replicação e transcrição do DNA. Especificamente, o Top1 cliva primeiro o ADN super-recuperado para introduzir uma única quebra, ou nick, no ADN e liga-se covalentemente ao ADN nicked 3′-end e permite que o fio 5′-nicked rode em torno do fio intacto de uma forma controlada. Após a rotação Top1 religa o cordão danificado (Koster et al., 2005). Esta formação do complexo Top1-DNA durante a replicação do DNA é comumente referida como o “complexo covalente Top1”, devido à ligação covalente entre o Top1 e a fita nicked (Pommier, 2006). Os análogos CPT e CPT necessitam de inibição da atividade do Top1 (Eng et al., 1988; Nitiss e Wang, 1988), resultando assim na morte celular. Na célula, o CPT se integra ao complexo covalente Top1/DNA, formando um complexo ternário. Assim, tanto o Top1 quanto o DNA são necessários para a atividade, e o CPT não exibe capacidade de ligação na ausência de nenhum dos dois (Leteurtre et al., 1993). O CPT liga-se tanto à enzima Top1 como à cadeia de DNA intacta através da ligação de hidrogênio e impede tanto a religião do DNA danificado quanto a dissociação do Top1 do DNA. Durante a replicação, este complexo CPT-ternary age como um bloqueio para o garfo de replicação. A colisão entre o complexo ternário e o garfo de replicação causa tensão de cisalhamento no cordão de DNA intacto, resultando em quebra e morte celular. O alvo conhecido do CPT e seus análogos é o complexo Top1-DNA. Entretanto, como mencionado acima, foi demonstrado que o CPT também afeta a síntese de proteínas, RNA e DNA, o que sugere que o CPT poderia ter outros alvos celulares. A atividade inibidora do CPT é ainda mais confirmada quando células de levedura com Top1 deletado se tornam funcionalmente imunes ao CPT e seus análogos, e células de mamíferos ou câncer humano se tornam resistentes ao CPT quando o Top1 é 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). A superexpressão de um Top1 mutante (Yanase et al., 1999) resulta em um aumento da atividade da sensibilidade ao Top1 (Wu et al., 2014). O modo de acção mais estudado e documentado da CPT e seus análogos é a inibição do ADN. Entretanto, na presente revisão são discutidos vários outros alvos celulares e moleculares de CPT que também são responsáveis pela atividade anticancerígena.