Ottimizzazione della struttura del nuovo tumore

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 22390 (2022) Citare questo articolo

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L’eliminazione selettiva dei tumori è sempre stata il pilastro della ricerca oncologica. La ricerca in corso alla base dei meccanismi apoptotici cellulari rivela l’attivazione delle caspasi, in particolare l’effettore chiave caspasi-3, come strategia terapeutica personalizzata selettiva per il tumore. Il nostro protocollo di ricerca continua ha sfruttato nuove α-acilossi carbossammidi Passerini ottimizzate come efficienti induttori apoptotici tramite meccanismo dipendente dalla caspasi-3/7 con profili antitumorali altamente selettivi. La logica progettuale adottata si basava sull'esclusione degli allarmi strutturali delle derivazioni precedenti, unendo al contempo vari motivi farmacoforici di attivatori della caspasi naturali e sintetici tramite condizioni di reazione Passerini one-pot ottimizzate. I composti preparati risultanti dalla reazione Passerini sono stati sottoposti a screening per le loro attività citotossiche contro le cellule tumorali Caco-2 del colon-retto e HepG-2 del fegato rispetto ai fibroblasti normali utilizzando il test MTT. In particolare, tutti i composti hanno mostrato un promettente IC50 submicromolare a basso intervallo contro le linee cellulari tumorali studiate, con un'eccezionale selettività tumorale (valori SI fino a 266). Quindi, erano superiori al 5-fluorouracile. In particolare, 7a, 7g e 7j hanno conferito le potenze più elevate contro le cellule Caco-2 e HepG-2 e sono stati selezionati per ulteriori studi meccanicistici. Il test di attivazione Caspas-3/7 dei composti colpiti e l'analisi citometrica a flusso delle cellule tumorali apoptotiche trattate hanno dimostrato il loro significativo potenziale di attivazione della caspasi (fino a 4,2 volte) e le capacità di induzione apoptotica (fino al 58,7%). È stata eseguita un'ulteriore valutazione dell'espressione di Bcl2 essendo un substrato fisiologico della caspasi-3. Qui, i tre addotti Passerini studiati sono stati in grado di sottoregolare Bcl2 nelle cellule Caco-2 trattate. È importante sottolineare che i risultati degli studi meccanicistici dei tre risultati hanno fatto eco ai dati preliminari sulle potenze antiproliferative MTT evidenziando la loro induzione apoptotica dipendente dalla caspasi-3. Infine, i profili fisico-chimici e farmacocinetici previsti in silico, nonché i parametri di efficienza dei ligandi erano simili a quelli dei farmaci.

Eludere l'apoptosi, il normale processo di morte cellulare programmata che mantiene l'omeostasi dei tessuti1, è un segno distintivo del cancro2,3. L'apoptosi è mediata attraverso una cascata di vie di segnalazione intrinseche ed estrinseche che convergono principalmente sulla proteolisi caspasi-dipendente di numerose proteine ​​vitali, sulla scissione del DNA e sul blebbing della membrana4. Le caspasi comprendono una famiglia caratteristica di proteasi specifiche della cisteinil-aspartato che sono in grado di scindere un residuo amminoacidico di aspartato dai loro substrati specifici5,6 inducendo la morte cellulare irreversibile. Le caspasi sono classificate in gruppi iniziatori (caspasi-10, -9, -8 e -2) ed effettori (caspasi-7, -6 e -3)7. Le caspasi-3 e -7 sono considerate le caspasi effettrici chiave che eseguono l'apoptosi8,9,10. Questi risultati hanno quindi indirizzato i programmi di ricerca sul cancro a definire la famiglia delle caspasi, in particolare i membri effettori, come attraenti bersagli antitumorali per indurre l'induzione dell'apoptosi nelle cellule tumorali11. Inoltre, i livelli cellulari di procaspasi, i precursori inattivi delle caspasi effettrici, sono solitamente elevati nel cancro rispetto al tessuto normale, introducendo un'opportunità ideale per il targeting del tumore per generare selettivamente caspasi citotossiche nel cancro attraverso l'arma della sovraespressione delle procaspasi. Di conseguenza, l'induzione apoptotica mediata dalla caspasi è considerata una strategia antitumorale altamente selettiva per il tumore12. Poiché le caspasi mature vengono inibite utilizzando l'inibitore cellulare delle proteine ​​dell'apoptosi (IAP) che sono essenzialmente inattivate dall'attivatore secondario delle caspasi derivato dai mitocondri (SMAC/Diablo)7, i primi studi di scoperta di farmaci si sono concentrati sulla SMAC che innesca l'apoptosi caspasi-dipendente13, 14. Tuttavia, la sua applicazione clinica diretta è stata ostacolata dagli inconvenienti legati alla sua natura peptidica. È stato quindi immaginato un tetrapeptide di SMAC come motivo principale per la progettazione di peptidomimetici che possano funzionare come proteina endogena. Studi pionieristici hanno introdotto una serie di efficienti induttori apoptotici progettati come tripeptidi con cappuccio per ridurre il loro carattere peptidico (Fig. 1; I e II)16. Questa ricerca attiva è stata rispecchiata da diversi studi volti a ottimizzare nuovi induttori apoptotici dipendenti dalla caspasi a piccole molecole. I primi studi che utilizzavano test basati sulla caspasi per uno screening ad alto rendimento hanno introdotto una nuova serie di potenti attivatori della caspasi derivati ​​dalle nicotinammidi III (Fig. 1)16. Ulteriori lavori fruttuosi hanno portato all'introduzione di vari attivatori della caspasi in fase preclinica17,18. Studi di progettazione ottimizzati basati su frammenti hanno identificato induttori apoptotici non peptidici in stadio clinico basati su un nucleo ammidico essenziale (Fig. 1, IV) che è cruciale per l'attività e non deve essere modificato o rimosso19. Lungo questa linea, il nostro gruppo di ricerca ha utilizzato il multicomponente Passerini-3CR come strategia sintetica facciale per sintetizzare librerie di induttori V di attivatori della caspasi a base ammidica (Fig. 1) 20 incorporando le caratteristiche strutturali tematiche dei composti guida (Fig. 1). Tra le serie valutate, i derivati ​​​​hit hanno esercitato una profonda potenza antitumorale contro vari tumori umani20.