• BACE-1
• fosfodiesterasi
• morbo di Alzheimer
• nuovi inibitori enzimatici

La cura del morbo di Alzheimer (AD) è una delle maggiori sfide della sanità pubblica.

Attualmente, i farmaci anti-AD clinicamente disponibili non sono molti e migliorano solo la cognizione e il grado di demenza senza contrastarne la progressione. Pertanto, la necessità di sviluppare nuovi farmaci anti-AD è estremamente importante.

Tra i vari studi due famiglie di inibitori stanno riscuotendo sempre più interesse e di questi tratteremo: gli inibitori BACE-1 ( da molecole a singolo target a composti multitarget) e gli inibitori della fosfodiestaerasi.

Le fosfodiesterasi (PDE) sono una famiglia di super enzimi responsabili dell'idrolisi di due secondi messaggeri: adenosina monofosfato ciclico (cAMP) e guanosina monofosfato ciclico (cGMP). Poiché numerose sottofamiglie PDE sono altamente espresse nel cervello umano, la loro inibizione risulta coinvolta nei processi neurodegenerativi tramite la regolazione della concentrazione di cAMP e/o cGMP.
Attualmente, le PDE sono considerate un target promettente per il trattamento dell’AD, poiché molti inibitori delle PDE sono risultati in grado di provocare, un notevole miglioramento da un punto di vista cognitivo.
cAMP, sintetizzato a partire dall’ATP dall’adenilato ciclasi (AC), attiva la proteina chinasi A (PKA) e fosforila la proteina legante l'elemento di risposta all’cAMP (CREB), considerato un interruttore molecolare necessario per l'apprendimento e la memoria. Diversi studi preclinici e clinici hanno dimostrato che l’alterazione della fosforilazione di CREB gioca un ruolo importante nei disturbi neurodegenerativi, in particolare nell’AD. La riduzione dei livelli di cAMP può causare una diminuzione della concentrazione di CREB, influenzando la trascrizione dei geni correlati alla plasticità sinaptica e alla loro sopravvivenza, come il fattore neurotrofico cerebrale (BDNF), portando alla perdita di plasticità sinaptica e alla diminuzione della memoria nell' AD. Allo stesso modo, cGMP, che è sintetizzato a partire dal guanosintrifosfato (GTP) dalla guanilato ciclasi (GC), può essere attivato dall'ossido nitrico (NO) attraverso il pathway NO/cGMP, che attiva la proteina chinasi G (PKG) e la conseguente fosforilazione di CREB, aumentando così i livelli della proteina antiapoptotica Bcl-2.
Dal primo studio preclinico su Rolipram (inibitore della PDE4) che ha indicato che l'inibizione delle PDE potrebbe avere effetti promettenti sul miglioramento del deficit di memoria nell'AD, diversi inibitori delle PDE hanno mostrato notevoli effetti in modelli animali correlati all'AD, tra cui il labirinto acquatico di Morris (strumento usato negli esperimenti psicologici per studiare la memoria spaziale utilizzando topi o ratti), evitamento passivo (l'animale impara a non rispondere allo stimolo per evitare la punizione) e test di riconoscimento dell'oggetto
In considerazione dei risultati incoraggianti ottenuti negli studi preclinici, diversi inibitori della PDE sono stati sottoposti a studi clinici per il trattamento dei disturbi cognitivi nei pazienti con AD. La maggior parte di questi inibitori ha mostrato notevoli profili di sicurezza e tollerabilità negli studi di fase I. Inoltre, oltre 10 inibitori delle PDE sono stati sottoposti a studi clinici di fase II/III/IV.

Nel 1992, Hardy e Higgins descrissero per la prima volta l'ipotesi dell'amiloide a cascata, suggerendo che "la proteina β-amiloide (Aβ) fosse l'agente causale nella patologia dell'Alzheimer (AD) e che i grovigli neurofibrillari, la perdita cellulare, il danno vascolare e la demenza seguano come risultato diretto".
Venticinque anni dopo, questa ipotesi in varie altre forme, sembra essere ancora la principale fonte di ispirazione per i ricercatori di farmacie per l’AD
L'ipotesi dell'amiloide è stata a lungo il dogma centrale nella scoperta di farmaci per la malattia di Alzheimer (AD), portando alla candidatura di piccole molecole e farmaci biologici.
Probabilmente diversi fattori hanno contribuito all'attuale preferenza per l'inibizione dell'aggregazione BACE-1 piuttosto che dell'Aβ. Innanzitutto, è particolarmente difficile sviluppare piccole molecole inibitori delle interazioni proteina-proteina (PPIs). Le regioni di PPI coinvolgono ampie superfici di contatto (1500-3000 Å), mentre le regioni di interazioni proteina-piccola-molecola sono solo circa 300-1000 Å. Le regioni PPI inoltre,generalmente mancano di cavità, cioè solchi o tasche in cui una piccola molecola potrebbe legarsi in un modo energeticamente favorevole. L'energia di legame che guida i contatti proteina-proteina è tipicamente distribuita su una vasta area che manca di un "hotspot" definito per l'intervento farmacologico. Presi insieme, questi limiti intrinseci limitano molto l’utilizzo degli inibitori dell'aggregazione Aβ come farmaci.
Viceversa e per diversi motivi, BACE-1 ha mostrato (almeno inizialmente) di offrire maggiori opportunità e di essere un target più druggable. Innanzitutto, efficaci inibitori della proteasi aspartilica erano già stati sviluppati con successo in altre aree terapeutiche, come l'ipertensione e l'HIV, n secondo luogo, la prima struttura cristallina, risolta nel 2000, sembrava supportare approcci semplici structure-based (SB). In particolare, BACE- 1 è una proteina monomerica con una struttura bilobata, che accompagna la coppia catalitica aspartica (Asp 32 e Asp 228) tra i domini N- e C-terminale. Il sito attivo piuttosto grande è protetto da un'ansa β-hairpin, detta lembo, che forma una porzione ampia e flessibile della tasca di legame
Chiaramente, la teoria dell'amiloide non è l'unica ipotesi patogenetica di questa complessa malattia multifattoriale
Per affrontare in modo efficace questa natura complessa e sfaccettata, diverse linee di ricerca progettano composti multitarget (spesso denominati "ligandi diretti su più target" (MTDL)), che possono colpire le proteine in pathway complementari. Per gli inibitori di BACE-1, questo significa sviluppare piccole molecole in grado di modulare sia BACE-1 che altri target correlati. In linea di principio, ciò potrebbe migliorare notevolmente l'efficacia e fornire risultati clinici più soddisfacenti.
In termini di medicina personalizzata, la diagnostica complementare è ora entrata nel campo dell’AD, e dovrebbe consentire ai medici di valutare con precisione i benefici della terapia anti-amiloide e identificare i "migliori pazienti" per un dato trattamento

Nella presente tesi vengono riportati i nuovi inibitori scoperti e in via di sperimentazione sia per quanto riguarda le PDE che BACE-1. Saranno tenuti in considerazione i recenti progressi nella progettazione e la scoperta degli inibitori di BACE-1; i principali approcci computazionali utilizzati nell'ultimo decennio per la loro progettazione, principalmente attraverso gli approcci SB resi possibili grazie alla presenza di strutture cristallografiche di BACE-1. Infine verranno trattati gli MTDL centrati su BACE-1.