• ALDH
• ALDH inibitori
• derivati eterociclici azotati
• tumore

In questa tesi di laurea sperimentale ci siamo occupati della progettazione e della sintesi di nuovi inibitori dell’enzima aldeide deidrogenasi (ALDH), pensati per un approccio innovativo al trattamento del tumore.
Il tumore è la patologia responsabile della maggior parte delle morti nel mondo. Esso è caratterizzato dalla presenza di neoformazioni costituite da cellule atipiche che possono andare ad assumere attività vitale e proliferativa autonoma, indipendente dall’organismo che funge unicamente come mezzo di sostentamento delle suddette cellule. Le cellule tumorali presentano caratteristiche peculiari che le differenziano dalle cellule normali quali: perdita dell’inibizione da contatto, attività angiogenica, vie di traduzione del segnale alterate, insensibilità ai segnali inibitori della crescita, resistenza all’apoptosi, immortalità, capacità di invadere i tessuti e sviluppare metastasi. Il meccanismo attraverso il quale avviene la formazione del tumore viene definito cancerogenesi ed è un meccanismo caratterizzato da 3 step consecutivi: iniziazione, promozione e progressione. Le cause che portano allo sviluppo di un tumore possono essere molte, alcune di esse sono note mentre altre lo sono meno. Si conoscono numerosi fattori di rischio, distinti in modificabili e non modificabili. In generale, si stima che il 70-90% dei tumori sia causato da fattori modificabili quali l’ambiente, la dieta e lo stile di vita.
La terapia antineoplastica classica presenta forti limiti dovuti principalmente alla scarsa selettività dei farmaci disponibili e ai fenomeni di resistenza a questi stessi composti. In virtù di questi limiti, è nata l’esigenza di progettare e sintetizzare molecole capaci di modulare l’attività di target diversi e innovativi.
Gli enzimi appartenenti alla superfamiglia delle aldeidi deidrogenasi (ALDH) si sono recentemente imposti come nuovi e promettenti target antitumorali. La superfamiglia delle aldeidi deidrogenasi (ALDH) umane è costituita da 19 isoforme enzimatiche NAD(P+) dipendenti, che catalizzano in maniera irreversibile l’ossidazione di aldeidi (endogene ed esogene) ai corrispondenti acidi carbossilici, giocando un ruolo fondamentale nelle funzioni biologiche (Alnouti e Klaassen, 2008). Le ALDH sono localizzate in compartimenti cellulari diversi, tra i quali il citosol, il nucleo, il reticolo endoplasmatico e il mitocondrio; inoltre, risultano maggiormente espresse a livello di fegato, rene, cervello e utero. Gli enzimi ALDH condividono una vasta gamma di funzioni e substrati fisiologici comuni. Nonostante ciò, gli isoenzimi hanno sviluppato substrato-specificità risultando differenti tra loro. La maggior parte degli isoenzimi non condivide solamente la struttura delle regioni funzionali, ma condivide anche lo stesso meccanismo catalitico, che comprende sia un’attività deidrogenasica che esterasica. È probabile che questa caratteristica sia associata ai residui amminoacidici Cys 302, Lys192 e Glu268, che sono altamente conservati nella superfamiglia enzimatica (Koppaka V. et al, 2012).
Come già anticipato, il limite maggiore degli attuali farmaci antitumorali è legato ai fenomeni di resistenza al trattamento, dovuto alla presenza delle cellule staminali tumorali (CSC). Esse, infatti, hanno la capacità di eludere il trattamento e stabilizzare un tumore, oppure favorire il fenomeno della metastasi, e sono la causa principale della mortalità dovuta al tumore. Esistono studi che dimostrano come le ALDH abbiano un ruolo fondamentale nel regolare non solo i processi fisiologici, ma anche la vitalità delle cellule staminali normali e tumorali. A tal proposito, è stato evidenziato che l’espressione di ALDH aumenta in risposta al trattamento antineoplastico e ciò incentiva i meccanismi di resistenza e la sopravvivenza delle CSC. Le ALDH regolano molteplici percorsi che contribuiscono alla cancerogenesi e alla segnalazione delle cellule staminali (Clark DW, et al, 2016). In virtù di questo evidente ruolo di ALDH nelle CSC, l’elevata attività di questi enzimi è stata proposta come marcatore sia per le cellule staminali normali sia per quelle tumorali, con una maggiore prevalenza per quest’ultime (Singh S, et al, 2013). Inoltre, l’inibizione della loro attività è stata proposta come approccio efficace per l’eradicazione di questa specifica popolazione tumorale.
Movendo da queste premesse, e forti sia delle esperienze sintetiche acquisite dal nostro laboratorio che degli studi computazionali svolti in collaborazione con l’Università di Siena, ci siamo dedicati alla progettazione e sintesi di nuovi derivati triciclici azotati come nuovi e potenziali inibitori di ALDH1A1.

Bibliografia:
-Alnouti, Y; Klaassen, CD. Tissue distribution, ontogenesis and mRNA regulation of aldehyde dehydro-genase (Aldh) enzymes by prototypical inducers of microsomal enzymes in mice. Toxicological Sciences (2008) 101.1:51-64.
-Clark, DW; Palle, K. Aldehyde dehydrogenases in cancer stem cells: potential as therapeutic targets. Ann Transl Med. (2016) 4(24):518.
-Koppaka, V; Thompson, DC; Chen, Y; Ellermann, M; Nicolaou, KC; Juvonen, RO; Petersen, D; Deitrich, RA; Hurley, TD; Vasiliou, V. Aldehyde dehydrogenase inhibitors: a comprehensive review of the pharmacology, mechanism of action, substrate specificity, and clinical application. Pharmacol Rev. (2012) 64(3):520-539.
-Singh, S; Brocker, C; Koppaka, V; Chen, Y; Jackson, BC; Matsumoto, A; Thompson DC; Vasiliou V. Al-dehyde dehydrogenases in cellular responses to oxidative/electrophilic stress. Free Radic Biol Med. (2013) 56:89-101.