• akr1b1
• akr1b10
• aldose reductase
• aldose reductase-like
• aldoso reduttasi
• inhibitors
• inibitori

Il diabete è considerato, secondo l’OMS, una patologia cronica molto diffusa in tutto il mondo, tanto da essere identificata come emergenza sanitaria. Numerosi studi riportati in letteratura hanno dimostrato come l’enzima aldoso reduttasi (AKR1B1) sia coinvolto nell’insorgenza delle complicanze diabetiche quali le retinopatie, nefropatie, neuropatie e la cataratta diabetica. L’aldoso reduttasi è un enzima NADPH-dipendente appartenente alla superfamiglia delle aldo-cheto reduttasi (AKR), che catalizza la riduzione di un’ampia gamma di aldeidi idrofiliche ed idrofobiche. Dal punto di vista metabolico l’enzima è coinvolto nella prima tappa della via dei polioli, attraverso cui il glucosio viene convertito in sorbitolo, ma in condizioni normoglicemiche la maggior parte del glucosio entra nella via glicolitica. Tuttavia, in situazioni patologiche di iperglicemia aumenta il flusso del glucosio attraverso la via dei polioli causando una sovrapproduzione di sorbitolo. Il sorbitolo è un osmolita che induce stress osmotico ed è substrato della sorbitolo deidrogenasi che lo converte in fruttosio causando stress glicativo.
Ciononostante, è stato evidenziato un altro ruolo fondamentale di AKR1B1 che agisce come enzima detossificante. Esso, infatti, è coinvolto nella riduzione di molecole tossiche per la cellula come il 4-idrossi-2,3-nonenale (HNE) che si accumula in condizioni di stress ossidativo. I derivati alcolici di queste molecole risultano meno tossici per la cellula. L’HNE può combinarsi inoltre con il glutatione formando un addotto che è substrato per l’AKR1B1, venendo trasformato nel suo derivato alcolico capace di agire come molecola pro-infiammatoria. La molteplice funzionalità di questo enzima ha portato alla necessità di approcciare l’inibizione di AKR1B1 mediante l’utilizzo di inibitori differenziali (ARDIs), capaci cioè di modulare la sua attività catalitica dipendentemente dal substrato utilizzato, bloccando l’attività deleteria dell’enzima, ma preservando la sua funzione detossificante.
Un enzima appartenente alla famiglia delle aldo-cheto reduttasi è l’aldoso reduttasi like (AKR1B10), il quale risulta espresso in varie tipologie di tumori. Oltre ad essere un marcatore tumorale, questo enzima è sovraespresso nelle cellule chemioresistenti. Pertanto, è in atto una estensiva ricerca di molecole in grado di inibire specificatamente l’attività di AKR1B10.
In questo lavoro di tesi è stato eseguito uno screening di molecole di nuova sintesi, al fine di valutare la loro capacità di inibire l’attività catalitica di AKR1B1 e/o AKR1B10. Gli enzimi utilizzati per questo lavoro di tesi sono proteine ricombinanti umane purificate fino all’omogeneità elettroforetica. I dati ottenuti ci forniscono preliminari indicazioni interessanti nell’ottica di un potenziale utilizzo terapeutico di tali molecole, fornendo inoltre informazioni strutturali per la realizzazione di nuove molecole che potrebbero agire come ARDIs o come inibitori selettivi di AKR1B10.

Diabetes is one of the most widespread disease in the world according to World Health Organisation (WHO). Research has shown that aldose reductase (AKR1B1) is involved in the onset of diabetic complications, such as: retinopathies, nephropathies, neuropathies and cataract. AKR1B1 is a NADPH dependent enzyme, which catalyses the reduction of hydrophilic and hydrophobic aldehydes. This enzyme is implicated in the first phase of the polyol pathway, in which glucose is converted into sorbitol. In normoglycemic condition, glucose enters the glycolytic pathway. However, under hyperglycaemia, the flow of glucose is mainly directed toward the polyol pathway causing sorbitol overproduction. Sorbitol is an osmolyte that induces oxidative stress and is also converted by sorbitol dehydrogenase into fructose causing glycative stress.
In addition, AKR1B1 plays a significant role in the detoxification of the 4-hydroxy-2,3-nonenal (HNE), a product of lipid peroxidation. HNE is then reduced to the alcoholic derivate, which is normally less toxic. Another substrate of AKR1B1 is the glutathionil-HNE. The adduct is converted into its alcoholic derivate, a pro-inflammatory molecule. The multi-functionality of AKR1B1 has led to selecting differential inhibitors (ARDIs) acting as modulators of the catalytic activity, that alter the pathological enzyme effect and preserve the beneficial function.
Another member of AKR superfamily is AKR1B10 or aldose reductase-like. This enzyme, known as a tumour marker, has been found over-expressed in several tumoral cell lines. Therefore, an extensive research of molecules acting as selective inhibitors of AKR1B10 is taking place.
This study carries out a screening of sintetic molecules, potentially able to inhibit the catalytic activity of AKR1B1 and/or AKR1B10. The used enzymes are human recombinant proteins that have been purified to electrophoretic homogeneity. The most effective molecules have been characterized in order to evaluate a potential differential inhibition on AKR1B1 enzyme. At the same time, a selective inhibition on AKR1B10 has been evaluated. The results obtained could be useful to determine which molecules could own therapeutic properties. Moreover, the most promising compounds could also be considered as a starting point for the development of structural analogs, which would be more effective to operate like ARDIs or selective inhibitors of ARK1B10 or ARK1B1.