ETD

• Derivati 1;2-diidro-1;8-naftiridin-3-carbossammidi
• HDAC6

Le istone deacetilasi (HDAC) costituiscono una famiglia di enzimi che hanno un ruolo fondamentale nella regolazione epigenetica dell’espressione genica. Esse catalizzano la rimozione dei gruppi acetilici dai residui di lisina presenti sulle code N-terminali delle proteine istoniche; determinano così un incremento della compattazione della cromatina e, di conseguenza, la repressione della trascrizione genica. Tale rimodellamento cromatinico rappresenta un passaggio cruciale per la modulazione dell’accessibilità del DNA al complesso di trascrizione e, perciò, influenza numerosi processi cellulari, tra cui la proliferazione, il differenziamento, l’apoptosi e la risposta a stimoli endogeni ed esogeni.
Oltre alla loro funzione primaria sugli istoni, è stato dimostrato che le HDAC sono in grado di interagire anche con numerose proteine non istoniche coinvolte in differenti pathway cellulari, tra cui quelli che regolano l’espressione degli enzimi deputati alla riparazione del DNA, dei fattori di trascrizione e dei regolatori nucleari. Perciò, tali enzimi risultano implicati nella tumorigenesi e nella progressione metastatica attraverso molteplici meccanismi che includono la modulazione della tubulina, di Hsp90 e dei processi di ubiquitinazione delle proteine. L’attività delle HDAC può manifestarsi mediante un’azione diretta attraverso la deacetilazione dei substrati proteici oppure mediante un’azione indiretta tramite l’alterazione della struttura della cromatina.
Ad oggi sono note diciotto isoforme di HDAC, suddivise in quattro classi in base alla loro struttura, all’omologia con le HDAC di Saccharomyces cerevisiae, alla localizzazione cellulare e alle capacità catalitiche. In particolare, le classi I, II e IV comprendono enzimi zinco-dipendenti, mentre la classe III racchiude le sirtuine, le quali sono enzimi NAD⁺-dipendenti. Nello specifico, la classe I include HDAC1, HDAC2, HDAC3 e HDAC8, che sono enzimi di piccole dimensioni prevalentemente localizzate a livello del nucleo; la classe IIa comprende HDAC4, HDAC5, HDAC7 e HDAC9, isoforme con ridotta attività catalitica, la quale è attribuibile alla sostituzione di un residuo di tirosina con uno di istidina nel sito catalitico; la classe IIb contiene HDAC6 e HDAC10, isoenzimi localizzati principalmente nel citoplasma che sono specializzati nella deacetilazione di proteine non istoniche. Infine, la classe IV è rappresentata unicamente da HDAC11, che mostra caratteristiche strutturali intermedie tra le classi I e II4.
L’isoforma HDAC6 assume particolare rilevanza terapeutica, poiché numerosi studi hanno evidenziato che la sua inibizione selettiva costituisce una strategia efficace per il trattamento di patologie neurodegenerative quali la malattia di Alzheimer (AD), di Huntington (HD) e il Parkinson (PD) oltre che di disturbi immunologici e di diversi tipi di tumore, tra cui si evidenziano il carcinoma della vescica, il melanoma maligno e il carcinoma polmonare.
HDAC6 presenta una struttura complessa costituita da due domini catalitici, CD1 e CD2. Il dominio CD2 è principalmente responsabile della deacetilazione della tubulina e degli istoni, mentre le funzioni specifiche del dominio CD1 necessitano ancora di ulteriori approfondimenti. Diversi studi hanno, inoltre, identificato marcate differenze strutturali nel sito catalitico del suo dominio CD2 rispetto ad altre HDACs, differenze che risultano fondamentali per la progettazione di inibitori selettivi e per il loro impiego farmacologico e terapeutico.
Numerose evidenze sperimentali indicano, inoltre, che la perdita di attività acetilante, associata all’aumento della funzionalità delle HDAC, rappresenta una delle anomalie epigenetiche più ricorrenti nei tumori. È stato evidenziato, in aggiunta, che nelle fasi iniziali della progressione neoplastica, questi enzimi contribuiscono al silenziamento dei geni oncosoppressori coinvolti nel controllo della crescita cellulare, favorendo la proliferazione incontrollata, la perdita di differenziazione e l’inibizione dell’apoptosi. Nelle fasi avanzate, invece, determinano la repressione dei geni deputati all’adesione, alla migrazione e all’invasione cellulare.
Infine, la comunità scientifica ha evidenziato il ruolo delle HDACs nei processi di angiogenesi indotti dall’ipossia, nonché la loro capacità di modulare la formazione di metastasi attraverso la regolazione della composizione della matrice extracellulare e dell’espressione di proteine chiave coinvolte in tali meccanismi. Recentemente è stato, inoltre, riportato il coinvolgimento delle HDAC nelle patologie neurodegenerative, in quanto è stata osservata una correlazione tra HDAC6 e la formazione di aggregati proteici anomali, quali la proteina Tau e Aβ. L’inibizione della formazione e della proliferazione di tali aggregati, attraverso un meccanismo dipendente dalla Glycogen Synthase Kinase-3 (GSK3β), suggerisce la possibilità di impiegare inibitori specifici di HDAC6 come strategia terapeutica per il trattamento delle malattie neurodegenerative.
Attualmente, tra i numerosi composti ideati come inibitori delle HDAC, solo quattro sono stati approvati dalla FDA: Vorinostat (SAHA), Romidepsin, Belinostat e Panobinostat, utilizzati nel trattamento del linfoma a cellule T e del mieloma multiplo.
Il numero estremamente limitato di farmaci approvati è principalmente attribuibile alla bassa selettività di queste molecole che comporta una serie di importanti effetti collaterali, tra cui cardiotossicità, trombocitopenia e anoressia. Recentemente, in alternativa ai paninibitori sopra citati, la ricerca si è orientata verso la progettazione di inibitori selettivi di HDAC6, sfruttando le differenze strutturali del dominio catalitico CD2. Questi inibitori presentano tipicamente tre elementi funzionali: un gruppo chelante lo zinco (ZBG), responsabile della coordinazione dello ione Zn²⁺ nel sito attivo dell’enzima; un linker molecolare che può avere natura flessibile o rigida; e un capping group, capace di instaurare interazioni specifiche con la regione esterna del sito attivo di HDAC6.
Visti i recenti risultati riguardanti l’HDAC6, nel laboratorio in cui ho svolto la mia tesi erano stati in precedenza sintetizzati e analizzati composti attivi come inibitori selettivi di HDAC6 con struttura 1,8-naftiridin-2(1H)-one-3-carbossiammidica. Di conseguenza nel mio lavoro di tesi ho sintetizzato derivati analoghi contenenti lo stesso scaffold centrale al fine di potenziarne l’attività.
Il disegno razionale, le strategie sintetiche adoperate, nonché la caratterizzazione dei composti finali e degli intermedi di sintesi saranno discussi nell’elaborato finale di questa tesi di laurea.