Riassunto analitico
Il cancro alla prostata è il quarto tumore più comune nel mondo ed il secondo più comune negli uomini. Nonostante i progressi terapeutici, sono ancora limitate le opzioni efficaci per i pazienti con cancro alla prostata nello stadio avanzato o resistente alla castrazione. La complessità ed il coinvolgimento di svariate vie biochimiche nella progressione del tumore evidenziano la necessità di approcci terapeutici più innovativi. Per migliorare i risultati del trattamento, potrebbero essere utili agenti multi-target che interferiscano simultaneamente con diversi processi cellulari. Due dei bersagli farmacologici più promettenti sono l’istone deacetilasi 6 (HDAC6) e la proteina Hsp90 (Heat Shock Protein 90).
Hsp90 è una chaperone molecolare essenziale per il ripiegamento, lo svolgimento, la degradazione e l'attività di un’ampia gamma di proteine cosiddette “client”. Hsp90 media la resistenza alla morte cellulare e l’immunità delle cellule tumorali, l'angiogenesi, l'invasione e la metastasi, promuovendo così la progressione del tumore. Pertanto, gli inibitori di Hsp90, interferendo con la sua funzione di chaperone, possono interrompere le molteplici vie di segnalazione oncogeniche, inducendo così la degradazione delle proteine “client” e, in ultimo, la morte delle cellule tumorali.
HDAC6 è un enzima citoplasmatico che deacetila sia le proteine istoniche che quelle non istoniche, regolando così la loro degradazione ma anche la migrazione cellulare ed i processi immunitari. Inoltre, è stato dimostrato che la sovra espressione di HDAC6 è correlata alla capacità invasiva delle cellule tumorali e quindi al processo metastatico. Pertanto gli inibitori selettivi di HDAC6 possono essere vantaggiosi in quanto meno tossici degli HDAC pan inibitori.
HDAC6 e Hsp90 sono biochimicamente collegati: HDAC6 regola l’acetilazione di Hsp90, passaggio cruciale per la sua attività. L’inibizione simultanea di entrambe le proteine potrebbe avere un impatto significativo sulla sopravvivenza delle cellule tumorali rispetto alla sola inibizione di una delle due proteine. Quindi la doppia inibizione di HDAC6 e Hsp90 potrebbe rappresentare un approccio più efficace contro il carcinoma prostatico in stadio avanzato o verso quello resistente alla castrazione, offrendo così una nuova prospettiva a quei pazienti con poche opzioni terapeutiche.
Di recente, il gruppo di ricerca in cui ho svolto il mio lavoro di tesi sperimentale, ha identificato potenti inibitori HDAC, a struttura pirrolopirimidinica e purinica, con eccellenti proprietà antiproliferative e di anti-migrazione per diverse linee cellulari di cancro alla prostata. All'interno di queste due serie di inibitori sono stato perciò incaricato di sintetizzare nuovi composti, strutturalmente correlati, in cui:
il Cap Group rimanesse la pirrolo-pirimidina o la purina.
lo Zinc Binding Group fosse il noto acido idrossammico o un 3-idrossi-isossazolo (tale gruppo serve a coordinare lo zinco catalitico presente nella piccola tasca idrofobica di HDAC6).
il Linker (tra le due porzioni sopra menzionate) fosse un gruppo benzilico di lunghezza variabile, variamente “decorato”.
Sono state identificate due vie di sintesi che mi hanno consentito di ottenere i 4 prodotti desiderati. Tra questi, BLP159, che presenta una N-benzilpiridin-2-ammina come Linker possiede una notevole attività inibitoria di tipo duale verso HDAC6 e Hsp90 (IC50 nanomolari).
La mia tesi riporta anche l’iniziale drug design ed i risultati biologici in vitro di queste 4 molecole. In conclusione, questa nuova classe di inibitori duali, con scaffold pirrolopirimidinici e purinici, rappresenta un promettente strumento farmacologico per il trattamento del cancro alla prostata.
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Abstract
Prostate cancer is the 4th most common cancer worldwide and it is the 2nd most common cancer in men. Despite advances in treatment, effective therapeutic options for patients with advanced or castration-resistant prostate cancer (CRPC) are still limited. The complexity of cancer biology and the involvement of various molecular pathways in tumor progression highlight the need for more innovative therapeutic approaches. For improving treatment outcomes, the use of multi-target agents that simultaneously interfere with different cellular pathways could be useful. In the fight against CRPC two of the most promising pharmacological targets are histone deacetylase 6 (HDAC6) and heat shock protein 90.
The 90-kDa heat shock protein (Hsp90) is a molecular chaperone essential for folding, unfolding, degradation and activity of a wide range of client proteins. Hsp90 promotes cancer by sustaining cell death resistance, tumor cell immortality and immunity, angiogenesis, invasion and metastasis. Therefore, by interfering with its chaperone function, inhibitory molecules can disrupt multiple oncogenic signaling pathways, leading to client proteins’ degradation and, ultimately, to tumor cell death.
HDAC6 is a cytoplasmic enzyme that deacetylates both histone and non-histone proteins, thus regulating their degradation but also cell migration and immune processes. Furthermore, the overexpression of HDAC6 was shown to be related to tumor cell invasion and metastasis, therefore selective HDAC6 inhibitors may have the advantage to be less toxic in comparison to broad-spectrum HDAC inhibitors.
HDAC6 and Hsp90 are biochemically linked: HDAC6 regulates the acetylation of Hsp90, which is a crucial step for its activity. Inhibit both proteins simultaneously could have a significant impact on tumor cell survival compared to targeting a single protein. Hence, the HDAC6 and Hsp90 dual inhibition may represent a more effective approach against the advanced-stage or CRPC, offering a new perspective for patients with few therapeutic options.
Recently, the research group in which I did my experimental thesis’ work identified potent pyrrolopyrimidine/purine-based HDAC inhibitors with excellent antiproliferative and anti-migration properties on different prostate cancer cell lines. Within these two series of inhibitors I was engaged to synthesize new structurally related compounds in which the
Cap Group remains the pyrrolopyrimidine or purine scaffold.
Zinc Binding Group is the well-known hydroxamic acid or a 3-hydroxyisoxazole, (this group is essential to coordinate the catalytic zinc ion present in the small hydrophobic pocket of HDAC6).
Linker (between the two above mentioned portions) is a benzyl group of variable length and differently decorated.
Two efficient synthetic routes were identified, allowing me to obtain the desired 4 products. Among these, BLP159, which presents a N-benzylpyridin-2-amine as Linker portion, has notable HDAC6 and Hsp90 dual inhibitory activity (IC50 in the nM range).
My thesis also reports the in-silico design and in vitro biological results of these 4 molecules. In conclusion, this new class of dual HDAC6 and Hsp90 inhibitors based on pyrrolopyrimidine and purine scaffolds represents a promising pharmacological tool for the treatment of advanced-stage/castration-resistant prostate cancer.
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