Methotrexate 122

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Il punto di vista molecolare: Methotrexate David S. Goodsell The Scripps Research Institute, Dipartimento di Biologia Molecolare, La Jolla, California, Stati Uniti d'America David S. Goodsell, Ph. D. La Scripps Research Institute, Dipartimento di Biologia Molecolare, 10550 Nord Torrey Pines Road, La Jolla, California 92037, Stati Uniti d'America. Telefono: 858-784-2839 Fax: 858-784-2860 e-mail: Goodsell scripps. edu WorldWideWeb: http://www. scripps. edu/pub/goodsell La chemioterapia è l'arte di avvelenamento selettivo. Molti dei veleni utilizzati in chemioterapia moderna affidamento sull'osservazione che la maggior parte delle cellule del corpo non dividono attivamente, in modo sostanze che bloccano qualche passo nella riproduzione cellulare avrà un effetto sproporzionatamente grave sulla crescita delle cellule tumorali relativi ai tessuti più sani. Praticamente ogni fase di crescita e divisione cellulare viene preso di mira da alcuni farmaci chemioterapici oggi. L'enzima diidrofolato (DHFR), mostrata in figura 1. stato il primo enzima ad essere bersaglio di chemioterapia. Essa gioca un ruolo di supporto, ma un ruolo essenziale nella sintesi dei nucleotidi timina. Il ruolo di primo piano è svolto dal sintasi enzima timidilato, che aggiunge un gruppo metile sul uracile per formare timina. Questo può sembrare un piccolo cambiamento, ma l'ingombro idrofoba di questo gruppo metilico è essenziale per una corretta discriminazione dei timina dagli altri tre basi da vari fattori di trascrizione, repressori, esaltatori e altre proteine ​​che legano il DNA. Il gruppo metilico viene consegnato al timidilato sintasi da folato, una piccola molecola cofattore che è una vitamina essenziale per gli esseri umani. Nel corso della reazione, come metile è trasferito da folato in uracile, la molecola folato è ossidato. Questo è dove DHFR fa il suo ingresso: DHFR ripristina folato al suo stato ridotta, pronto per la prossima tornata di sintesi timina. diidrofolato reduttasi. DHFR è un piccolo enzima con un grande sito attivo. Folato, mostrato in verde, si lega adiacente al NADPH cofattore, mostrato in arancione. La reazione avviene in cui si toccano al centro, in una tasca sepolta in profondità all'interno dell'enzima. L'enzima umano è illustrato, utilizzando le coordinate di PDB 1DLS. DHFR enzimi da altri organismi sono simili per forma e dimensioni, con ampie scanalature sito attivo per legare folati e NADPH. Ma le piccole differenze specie-specifici possono essere bersaglio di farmaci antibiotici come trimetoprim, che blocca in modo più efficace rispetto DHFR umana batterica DHFR. Methotrexate, d'altra parte, si lega fortemente DHFR da molte specie, e quindi è utile come agente antineoplastico, ma non come un antibiotico. Se l'azione di DHFR è bloccata, la cellula muore. Quando trattati con metotrexato, il livello di riduzione folati precipita, e la sintesi di timina e purine nucleotidi si blocca. (Ci sono prove che metotressato blocca anche altri passi nella sintesi dei nucleotidi, ingrandimento questi effetti). Come i nucleotidi timina disponibili sono esauriti, le normalmente bassi livelli di nucleotidi uracile crescono, perché timidilato sintasi non può svolgere il suo lavoro. Uracile viene erroneamente aggiunto al crescente catene di DNA al posto di timina. In definitiva, questo interrompe la sintesi del DNA, e promuove la frammentazione del DNA come enzimi di riparazione senza successo tenta di rimuovere le numerose nucleotidi difettosi. Amminopterina, una versione leggermente modificata del metotrexato, è stato il primo farmaco somministrato per inibire DHFR. Come per molti farmaci, che imita il substrato naturale. Sia aminopterina e metotressato molto simili folati, ma si legano mille volte più fortemente al sito attivo, efficace bloccando il normale legame di folato. Confrontando queste molecole di acido folico, ci si aspetterebbe che avrebbero legarsi in modo simile, con metotressato utilizzando tutte le caratteristiche di riconoscimento che sono stati ottimizzati nel corso dell'evoluzione dell'enzima. Quando sono stati ottenuti strutture cristallografiche di DHFR con metotrexato e con folati, tuttavia, è stata trovata una sorpresa. L'ambiente del sito attivo era quasi identica in entrambi, ma l'anello pteridina terminale del metotrexato è stata capovolta rispetto a quella di folato, come mostrato nella Figura 2. Methotrexate e folato nel sito attivo. Queste illustrazioni mostrano una sezione trasversale attraverso il sito attivo DHFR. La vista è approssimativamente perpendicolare alla figura 1. e la metà del enzima che lega NADPH è stato rimosso. L'enzima è mostrato come sfere spacefilling, e folati (a sinistra) e metotrexato (a destra) sono mostrati in rappresentanza palla-e-bastone, con atomi di carbonio in verde. L'enzima riduce gruppo pteridina terminale del folato (due fuse anelli a sei membri), visto qui al centro. Notare l'allineamento dei due atomi di azoto blu in folato con i due atomi di ossigeno rossi nel dell'enzima. Questi due legami idrogeno, oltre ad una serie di interazioni con bridging molecole d'acqua (non illustrati), sono la base del riconoscimento. L'anello di folato contiene un ossigeno carbonilico (verso l'alto in rosso) che viene sostituito da un gruppo amminico a metotressato (in blu). Come risultato, l'anello metotrexato lega in un orientamento capovolto, come visto sulla sinistra. Ancora una volta, due atomi di azoto sulla coppia farmaco con i due atomi di ossigeno sulla proteina, formando un forte, complesso stabile, ma sono una coppia diversa rispetto ai due atomi di azoto utilizzati in folato. PDB 1DLS e 1DHF sono stati utilizzati per le illustrazioni. Spesso pensiamo, data la pletora di dati strutturali e genomici, che abbiamo capito l'azione degli enzimi, anche al livello di previsione e del design. Questa è pura arroganza molecolare: piccole sorprese, come dati supplementari vengono raccolti, sfida continuamente la nostra conoscenza. Vediamo questo nuovo e di nuovo. Possiamo ragionare che un piccolo cambiamento in un substrato naturale, come il cambio di un carbossile folato ad un ammino metotrexato, creerà una nuova, meglio inibitore. Sorprendentemente spesso, tuttavia, quando questa molecola leggermente modificata viene testato, si lega in modo inaspettato. E poi, contro ogni aspettativa, il nuovo orientamento potrebbe essere ancora migliore di quello che ci aspettavamo molecole biologiche sono subtlewe ancora molta strada da fare nella comprensione. Letture aggiuntive Davies JF, Delcamp TJ, Prendergast NJ et al. strutture cristalline di ricombinante diidrofolato reduttasi umana complessati con acido folico e 5-deazafolate. Biochem 199.029: 9467-9479. Allegra CJ, Grem JL. Antimetaboliti in Cancro, principi e pratica dell'oncologia. Lippincott-Raven Editori: Philadelphia, 19971: 432-452.