Pedro García Química Medicinal II UCR 1
Intercalación a ADN
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Intercalación a ADN
• Antraciclinas, mitoxantrona, actinomicinas
• Anillos planos aromáticos (heteroaromáticos) se insertan en el ADN adyacente a las bases y perpendicular al eje.
• Sin alterar el patrón de puentes de H de Watson-Crick.
• Sustituyentes: mk unión, geometriacomplejo ADN-ligando, selectividad por secuencia
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Intercalación en ADN
• Intercalador pasa de acuoso a hidrofóbico (entre pares de bases)
• Termodinámica favorable: entropía positiva, (efecto hidrofóbico).
• ADN debe cambiar conformación
– Hélice se distorsiona (cadena azúcar-fosfato y ángulos entre pares de bases sucesivas)
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Intercalación de ADN
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Intercalación ADN
• Complejo se estabiliza por interacción no covalente
– Interacción Van de Walls y pi-pi (anillos)
– Disminuye repulsión entre fosfatos??
– Interacciones entre cargas (droga-fosfato)
– Puentes H
• Poco selectivos: prefieren regiones G-C
• Interfieren en reconocimiento de ADN y función de proteÍnas
– Polimerasas, factores de transcripción, reparación de ADN, topoisomerasas especialmente
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Topoisomerasas
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DNA Topoisomerasas
• Topoisómero: “Secciones idénticas de ADN con diferente número de giros”
• DNA topoisomerasas: enzimas que regulan la geometría 3D, interconversión de isómeros y relajación del ADN.
• Relacionado con superenrrollamiento de ADN, esencial en replicación y transcripción
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DNA topoisomerasas
• Topoisomerasa I rompe una hebra,
• Topoisomerasa II rompe ambas y necesita ATP para funcionar.
• La enzima se une al ADN por tirosinas– Trans esterificación con fosfatos: clivaje y unión
Mecanismo ADN Topoisomerasa I
• Ataca una sola hebra
– Rompimiento: unión 3’-fosfotirosil
– Unión: 5’-hidroxil ataca fosfato
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Mecanismo ADN topoisomerasa I
• Rompe transitoriamente una hebra, cataliza liberación de tensión en la hélice.
– En zonas de transcripción activa de ARN
• La enzima se ancla a porción 3’
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Mecanismo de ADN Topoisomerasa II
• Homodímero / ATP
• Rompimiento doble (dos hebras) transitorio
– Unión covalente 5’-fosfotirosil (ambos monómeros)
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Mecanismo ADN topoisomerasa II
• Rompimientos separados por 4 bases
– Genera espacio para que pase ADN
– Unión, se disocia de la enzima y se libera
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ADN topoisomerasa II
• Fármacos que actúan a este nivel– Intercaladores: interfieren en rompimiento y unión de ADN
• Venenos de topoisomerasa
• Eficientes inductores de apoptosis
• Resistencia: expresión de enzimas
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Inhibidores topoisomerasa II
• Atrapan segmento G intermediario
– Bloquea unión
• Ejemplos:
– Derivados de acridina
– Antraciclinas
– No intercaladores: etopósido
Intercaladores
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Antraciclina-inhibidor topoisomerasa II
• Forma complejo con ADN y topoisomerasa
– Inhibe replicación y transcripción
– Azúcar es crucial para estabilizar complejo y actividad antitumoral
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Antraciclina-inhibidor topoisomerasa II
• Mitoxantrona también puede generar complejo
– Sustitución isostérica: C anillo por N; aumenta afinidad ADN??
– Permite prescindir de fenoles (quelantes-cardiotoxicidad-radicales)
– Pixantrona: menos cardiotóxica.
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Inhibidor Topoisomerasa II – No intercalantes: Etopósido
• Derivados de resina de podofilina-medicina tradicional
• Compuesto más activo en resina podofilotoxina
• Etopósido y tenipósido
– Derivados de 4-epipodofilotoxina
Radicales
(semiquinona)
contribuyen al
rompimiento del ADN.
4’-OH esencial, 4’-Ome
es menos activo
Problema: LMA
secundaria a tratamiento
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Inhibidor Topoisomerasa II – No intercalantes: Etopósido
• Depende del ciclo y fase específico
– Fase S y G2
• Daño a ADN por inhibición de TI II
– Inhibe unión del ADN cortado
• Se activa por redox y produce derivados que se unen a ADN
– Metabolito O-desmetilado (misma potencia), se oxida a una orto-quinona (inhibidor potente)
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Inhibidor Topoisomerasa II – No intercalantes: Etopósido
• Ejemplo sustituciones
– Cadenas aminoalquiladas(mejora solubilidad y asociación a fosfatidilserina= acumulación en pulmones)
– Fosfato (Prodroga)
– Perfluorinada: aumenta lipofilicidad, activa contra topo I y II
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Inhibidor topoisomerasa I Camptotecinas
• China: Camptotheca acuminata
• Veneno para topoisomerasa I
• Camptotecina facilitó descubrimiento de Topoisomerasa I como blanco
– Poca solubilidad y mucha toxicidad
– SAR: sustituyentes en A y en C7 de B no afectan actividad / anillo lactonaen E es esencial
– Topotecan: que se pretendía???
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Irinotecan (CPT-11)
• Prodroga para evitar toxicidad.
– Carboxilesterasa: SN-38
• Sinergismo con cisplatino.
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Nuevas Campotecinas• Específico fase S
• Lactona inestable de seis miembros (actividad)
– Condiciones fisiológicas: hidroxiácido inactivo
– Metabolito se une a albúmina
• Homocamptotecinas: lactona de siete miembros
– Mejora estabilidad en plasma y mantiene actividad
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CPT actúan como veneno de TI I
Blanco: complejo enzima-ADN Estabiliza el complejo
La mayoría de CPT interactua con el complejo, la región C7-C10
queda fuera interaccionando con moléculas de agua de la capa de
hidratación
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Microtúbulos
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Microtúbulos• Estructuras filamentosas intracelulares
– Morfología, movimiento, huso mitótico
• 13 protofilamentos paralelos formados por adición no covalente de dímeros de tubulina
– Proteínas: subunidad alfa y beta
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Microtúbulos
• División celular: microtúbulos se despolimerizan y se polimerizan para formar el huso.
• Drogas: se unen a tubulina ó a microtubulo
– Cuál sería su acción?
• Principal blanco de productos naturales
– Muchos sitios en tubulina ó en microtúbulos, bloqueando mitosis
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Microtúbulos
• Clasificación basado en comportamiento a altas concentraciones:– Inhibidores de polimerización de microtúbulos
– Estimuladores de polimerización
– A bajas concentraciones ambas actúan estabilizando el uso mitótico.
Importante: Sinergia
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Microtúbulos
• Clasificación por “sitios de unión” con tubulina:
– Vinca
– Colchicina
– Taxol
– Se han descubierto otros sitios
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Alcaloides de la vinca
Inhición de polimerización de microtúbulos - Vinca
• Catharanthus roseus – hojas
– Vincristina y vinblastina
– Estructura y mecanismo similar, diferente toxicidad y espectro antitumoral
• Semisintéticos:
– Vindesine, vinflunine, vinorelvine
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Alcaloides naturales de la vinca y análogos
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Alcaloides de la vinca
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Se une a unidad beta de
dímeros de tubulina
(“dominio vinca”)
Desplaza equilibrio hacia la
despolimerización y
destrucción del huso a cn
de 10-100 nM
Bloquea mitosis: detiene
ciclo en metafase
Alcaloides de la Vinca
• A concentración baja (0,8 nm): huso no se destruye pero se bloquea mitosis– Célula muere por apoptosis
• Desventajas– Neurotoxicidad---> por microtúbulos en neuronas
– Resistencia: sobreexpresión de Pgp-170
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Mecanismo de defensa
• Halicondrinas
• Dolastatinas
• Hemiasterlinas
• Criptoficinas
• Espongistatinas
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Halicondrina B: poliéter macrólido de esponja
• Escaso: Síntesis y análogos (lactona biodegradables, sustitución por cetona)
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Dolastatina 10: péptido de molusco
– No muy activo
– Análogos: Sintadotin (activo vía oral)
Pedro García Química Medicinal II UCR 39
Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Hemiasterlina: esponja
• Criptoficina: depsipéptido de cianobacteria, también antifúngico.– Unión fuerte, poco reversible
– Poca resistencia por Pgp-170
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Productos naturales marinos en sitio “Vinca”
• Espongistatina: lactona macrocíclica, esponjas. Tumores sólidos
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Pedro García Química Medicinal II UCR 42
Colchicina
Colchicina
• Alcaloide de Colchicum autumnale
– Se une a sitio de colchicina en tubulina
– Muy importante en estudios, pero muy tóxica
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Colchicina
• Despolimeriza micrótubulos a altas concentraciones y estabiliza la dinámica de microtúbulos a bajas concentraciones.
• Se une a tubulina soluble, formando complejo que copolimeriza al final del microtúbulo e interfiere en la dinámica.
– Se une más fuerte que la tubulina libre
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Colchicina – factores estructurales
• Importante para unión y actividad:
– 9-cetona
– Metoxi en 1, 2 y 10
– 7-cetoamida no es necesaria, pero la estereoquímica sí
– Anillo B: responsable de unión irreversible• Relacionado con toxicidad
– Anillo C: puede ser sustituido por un benzeno
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Combrestatinas
• Árbol: Combrettum caffrum
• Similaridad colchicina
• Rápida unión a tubulina
• cis: crítico para actividad
• Poco soluble prodrogas
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Pedro García Química Medicinal II UCR 47
Taxanos
Taxanos• Taxus brevifolia: Paclitaxel (Taxol)
– Producto natural más importante en quimioterapia
– Antes de síntesis: 360 g/ 4000 árboles (ensayo clínico)
– Taxus baccata: compuesto relacionado (1 g/kg)
– Semisíntesis para dar paclitaxel y docetaxel (más soluble)
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TaxanosPedro García Química Medicinal II UCR 49
Taxanos
• Paclitaxel y docetaxel estabilizan el huso mitótico
– Se une a subunidad beta de tubulina
– Detiene el ciclo en G2/M
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Taxanos
• Limitaciones
– No permite administración vía oral
– Resistencias: mutación en tubulina, Pgp-170
– Vehiculos: Paclitaxel (Cremophor EL)
Docetaxel (Tween 80/etanol)
• Cremofor causa hipersensibilidad en muchos casos
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Análogos Taxanos
• Mejor farmacocinética
• Ortataxel: vía oral, mayor potencia
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SAR Taxanos
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Mitomicina
Pedro García Química Medicinal II UCR 54
Mitomicina
• Quinona, Streptomyces caespitosus
• Gran capacidad reductora y alquilante
– Tumor: hipóxico, no hay efecto de O2
– Radiosensibilizadores
• Mk: Activación por bioreducción in situ
– Reducción a semiquinona
– Reducción a hidroquinona
– Eliminación de metanol da derivado iminio
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Mitomicina- Mk: Activación por bioreducción in situ
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Mitomicina
Pedro García Química Medicinal II UCR 57
Puente cruzado
interhebra específico a
5’-CG
Puente cruzado
intrahebra específico a
5’-GG
Selectividad por puente
de hidrógeno entre N-2
de grupo amino de
guanina y un oxígeno
del carbamato