Camptotecina

3.1 Introducere

Camptotecina (CPT) este un alcaloid indolic monoterpenic care a fost izolat pentru prima dată din Camptotheca acuminata de către Monroe Wall și Mansukh Wani de la USDA’s Plant Introduction Division la mijlocul anului 1958 (Wall et al., 1966). C. acuminata este un arbore originar din China, iar scoarța sa este utilizată în medicina tradițională chineză din timpuri imemoriale. Evenimentele legate de descoperirea CPT au fost bine analizate de Wall și Wani (1996), codescoperitorii CPT și Taxolului. Ulterior, în anii 1950 și până la sfârșitul anilor 1960, activitățile anticancerigene puternice ale CPT au determinat oamenii de știință să investigheze sinteza chimică totală și să valideze potențialul său prin studii preclinice și clinice (Schultz, 1973). Eficacitatea CPT a fost investigată în Statele Unite prin efectuarea de studii clinice de fază I (Gottlieb și Luce, 1972; Muggia et al., 1972) și de fază II (Moertel et al., 1972). Utilizarea clinică a CPT a fost evidentă în China pentru tratamentul cancerului de stomac și de vezică urinară și al anumitor tipuri de leucemie, adesea în combinație cu corticosteroizi (Pettit, 1976). Studiile timpurii au indicat că forma carboxilată solubilă în apă a CPT (sarea de sodiu a CPT) a prezentat unele rezultate pozitive împotriva cancerului de gât sau de vezică urinară în China (Xu, 1980). Cu toate acestea, rezultatele studiilor clinice din Statele Unite ale Americii prin utilizarea formei carboxilate de CPT nu păreau a fi la fel de promițătoare ca medicament anticancerigen. Această neconcordanță ar putea fi atribuită faptului că studiile clinice din SUA au inclus doar pacienți care au prezentat deja rezistență la alte tratamente. Cu toate acestea, lipsa unei eficacități constante a formei carboxilate a CPT în studiile clinice i-a determinat pe cercetători să se concentreze asupra formei lactonice a CPT pentru îmbunătățirea ulterioară a medicamentelor. Cu toate acestea, studiile clinice cu CPT au fost în esență întrerupte în anii 1970 din cauza incapacității de a rezolva proprietatea insolubilă în apă a CPT în forma lactonică, a ratelor scăzute de răspuns și a toxicității ridicate, cum ar fi mielosupresia, toxicitățile gastrointestinale și cistita hemoragică (Horwitz, 1975; Rozencweig et al., 1976)

Deși studiile clinice cu CPT s-au încheiat în anii 1970, studiile cu privire la mecanismul său de acțiune au continuat în anii următori. Echipa formată din soțul și soția doctorilor Marshall și Susan Horwitz de la Colegiul de Medicină Albert Einstein, precum și alții, au făcut primele descoperiri legate de mecanismul de acțiune al CPT. Studiile lor au arătat că CPT inhibă sinteza ADN și ARN (inclusiv ARN ribozomal) și induce deteriorarea ADN-ului (Horwitz et al., 1971; Kessel, 1971; Abelson și Penman, 1972; Wu et al., 1971; Horwitz și Horwitz, 1973). Acești oameni de știință au observat că CPT este cel mai puternic în timpul fazei S a ciclului celular și au prezis că intervenția din timpul replicării ADN-ului ar putea juca un rol în moartea celulară indusă de CPT. Studii ulterioare au indicat că CPT a oprit ciclul celular atât în faza S, cât și în faza G2, care sunt cauzele citotoxicității CPT (Tsao et al., 1992; Goldwasser et al., 1996). La începutul anilor 1980, o serie de agenți de deteriorare a ADN-ului care nu erau înrudiți au fost explorați clinic pentru tratarea cancerului și a infecțiilor bacteriene. Studiile au scos la iveală două clase diferite de medicamente care dăunează ADN-ului, cum ar fi antibioticele chinolone (cinoxacina, acidul nalidixic și ciprofloxacina) și derivații de podofilotoxină (etopozid și tenipozid), care s-au dovedit a fi dăunători pentru ADN. Ambele clase de medicamente au avut în comun același mecanism de acțiune, și anume inhibarea topoizomerazei II (Top2), o enzimă activă în timpul fazei S care ajută la fenomenul de replicare a ADN-ului (Froelich-Ammon și Osheroff, 1995). Observând acest lucru, echipa doctorului Leroy F. Liu de la John Hopkins, în colaborare cu laboratoarele franceze Smith Kline & din Philadelphia, a testat dacă și CPT are o activitate similară pentru a induce moartea celulară. Spre surprinderea lor, 125 µM CPT nu a reușit să inhibe clivarea ADN-ului dependentă de Top2. Cu toate acestea, atunci când au testat alte enzime asociate cu replicarea ADN-ului, au observat o inducție puternică și dependentă de doză a deteriorării ADN-ului în prezența topoizomerazei I (Top1) (Hsiang et al., 1985). Ortologii Top1 se găsesc în toate eucariotele și par a fi o enzimă esențială în timpul dezvoltării la o mare varietate de animale. De exemplu, eliminarea Top1 în timpul stadiilor timpurii de dezvoltare este letală atât la Mus musculus (Morham et al., 1996), cât și la Drosophila melanogaster (Zhang et al., 2000a,b). ADN Top1 este enzima responsabilă de relaxarea ADN-ului supraînfășurat în timpul procesului de replicare și transcriere a ADN-ului. Mai exact, Top1 despică mai întâi ADN-ul supraînfășurat pentru a introduce o ruptură monocatenară sau o crestătură în ADN și se leagă în mod covalent de ADN-ul de la capătul 3′ crestat și permite ca șirul 5′ crestat să se rotească în jurul șirului intact într-un mod controlat. După rotație, Top1 relighează șirul crestat (Koster et al., 2005). Această formare a complexului Top1-ADN în timpul replicării ADN este denumită în mod obișnuit „complexul covalent Top1”, datorită legăturii covalente dintre Top1 și șirul crestat (Pommier, 2006). CPT și analogii CPT necesită inhibarea activității Top1 (Eng et al., 1988; Nitiss și Wang, 1988), ducând astfel la moartea celulelor. În celulă, CPT se integrează în complexul covalent Top1/DNA, formând un complex ternar. Prin urmare, atât Top1, cât și ADN-ul sunt necesare pentru activitate, iar CPT nu prezintă capacitate de legare în absența unuia sau altuia (Leteurtre et al., 1993). CPT se leagă atât de enzima Top1, cât și de șirul intact de ADN prin legături de hidrogen și împiedică atât religarea ADN-ului crestat, cât și disocierea Top1 de ADN. În timpul replicării, acest complex CPT-ternar acționează ca un blocaj pentru furca de replicare. Coliziunea dintre complexul ternar și furca de replicare provoacă un stres de forfecare asupra catenei intacte de ADN, ceea ce duce la rupere și moarte celulară. Ținta cunoscută a CPT și a analogilor săi este complexul Top1-DNA. Cu toate acestea, după cum s-a menționat mai sus, s-a demonstrat că CPT afectează, de asemenea, sinteza proteinelor, a ARN-ului și a ADN-ului, ceea ce sugerează că CPT ar putea avea și alte ținte celulare. Activitatea inhibitoare a CPT este confirmată în continuare atunci când celulele de drojdie cu Top1 șters devin imunizate funcțional la CPT și la analogii săi, iar celulele canceroase de mamifere sau umane devin rezistente la CPT atunci când Top1 este mutant (Gongora et al., 2011; Urasaki et al., 2001; Benedetti et al., 1993; Chang et al., 2002; Arakawa et al., 2013; Jensen et al., 2016). Supraexprimarea unui mutant Top1 (Yanase et al., 1999) are ca rezultat o activitate crescută a sensibilității CPT îmbunătățită de Top1 (Wu et al., 2014). Cel mai amplu studiat și documentat mod de acțiune al CPT și al analogilor săi este inhibarea ADN-ului. Cu toate acestea, în prezenta recenzie sunt discutate diverse alte ținte celulare și moleculare ale CPT care sunt, de asemenea, responsabile de activitatea anticancerigenă

.