(Fibrosi epatica-Immagine CRedit Public Domain).
I biologi Skoltech e i loro colleghi dell’Istituto Koltzov di Biologia dello Sviluppo, in Russia e del Dipartimento di Chimica dell’Università Taras Shevchenko in Ucraina, hanno scoperto farmaci candidati che erano abbastanza improbabili per il trattamento della fibrosi epatica e di altre patologie, tra i prodotti chimici per il controllo dei parassiti.
Spiegano i ricercatori:
“Elevati livelli plasmatici di acido ialuronico (HA) sono un marker di malattia nella patologia epatica e in altri disturbi infiammatori. L’inibizione della sintesi di HA con cumarina 4-metilumbelliferone (4MU) ha un effetto benefico in modelli animali di fibrosi, infiammazione, cancro e sindrome metabolica. 4MU è un composto attivo di imecromone farmaco coleretico approvato con bassa biodisponibilità e un ampio spettro d’azione. Sono necessari nuovi, più specifici ed efficaci inibitori delle ialuronasi sintasi (HAS). Abbiamo testato diversi composti cumarinici di nuova sintesi e inibitori commerciali della sintesi della chitina per inibire la produzione di HA nel test di coltura cellulare. Dati sperimentali recenti rivelano la ialuronan sintasi 2 (HAS2) come un importante bersaglio farmacologico nella fibrosi, nel cancro e nella sindrome metabolica. Il 4-metilumbelliferone (4MU) è l’inibitore più utilizzato della biosintesi di acido ialuronico (HA). Diversi altri composti sono stati segnalati per la capacità di inibire la secrezione di HA da diverse linee cellulari, inclusi analoghi di agonisti del recettore dell’estradiolo non steroideo, inibitori della resistenza multifarmaco, Valspodar o Verapamil, Vesnarinone, Fluoxetina (Prozac) e alcuni altri recensiti. Nessuno di questi composti ha dimostrato di essere inibitori diretti di HAS e sono stati proposti diversi meccanismi d’azione. La caratterizzazione degli inibitori della produzione di HA che interagiscono direttamente con l’HAS è essenziale per la prospettiva dello sviluppo di farmaci. 4MU è un composto cumarinico naturale di origine vegetale. È usato per il trattamento della colestasi con il nome commerciale “Hymecromone”. L’effetto inibitorio di 4MU sulla produzione di HA da parte di fibroblasti umani in coltura è stato scoperto per la prima volta nel 1995 durante lo studio dell’induzione di β-xiloside della sintesi di galattosaminoglicani. È stato dimostrato che non solo il β-xiloside-4MU, ma anche lo stesso 4MU inibiscono la produzione di HA nei fibroblasti umani. Simultaneamente, 4MU non ha influenzato la sintesi di altri glicosaminoglicani (condroitina 4-solfato, condroitina 6-solfato e dermatan solfato) in concentrazioni fino a 1 mM“.
Inoltre, il team ha esaminato le modifiche del farmaco chiamato Imecromone, ritenendole promettenti anche per i farmaci antifibrotici. Pubblicato su Glycobiology, lo studio fa luce anche sul possibile meccanismo d’azione dei composti indagati, che inibiscono tutti la sintesi dell’acido ialuronico.
L’acido ialuronico è un importante composto biologico che è un componente chiave del tessuto connettivo che avvolge le cellule di tutti gli altri tipi di tessuto negli animali. Tra le altre cose, è coinvolto nella riparazione delle ferite. Il corpo umano è 0,02% HA in peso.
L’acido ialuronico è utilizzato in medicina e cosmetologia, in prodotti per la cura della pelle, filler antirughe, colliri e iniezioni per problemi articolari. Nel corpo, l’HA è prodotto naturalmente da un enzima chiamato acido ialuronico sintasi o HAS.
Ruolo dell’acido ialuronico nella fibrosi epatica
Modificando la quantità di HA, è possibile influenzare numerosi processi, inclusa la rigenerazione. “Le cellule epatiche danneggiate muoiono, ma hanno un grande potenziale di rigenerazione. Tuttavia, poiché ci vuole tempo prima che le nuove cellule crescano, entrano in gioco le cellule “segnaposto”, la cui formazione richiede HA”, spiega Yuri Kotelevtse, Professore alla Skoltech e autore senior dello studio.
Quando questo processo di riparazione va fuori controllo e c’è troppo HA, invece di facilitare la riparazione, il tessuto connettivo prende permanentemente il posto del tessuto danneggiato causando cicatrici. Nel caso del tessuto epatico, provoca fibrosi e infine cirrosi, una condizione non trattabile che richiede il trapianto di fegato e un grande onere per la società e l’assistenza sanitaria.
Nel precedente studio del gruppo di Kotelevtsev, è stato dimostrato che la fibrosi epatica può essere contrastata dal farmaco colespasmodico Imecromone. Il suo composto attivo è una piccola molecola chiamata 4MU.
Sfide affrontate dai farmaci esistenti per il trattamento della fibrosi epatica
Non è noto quale meccanismo consenta all’Imecromone di inibire la deposizione di HA, e le aziende farmacologiche sono riluttanti a investire nella ricerca su 4MU, perché quella molecola è stata scoperta molto tempo fa, per il trattamento delle coliche addominali e quindi un semplice riutilizzo del farmaco sarà difficile da proteggere da un brevetto. Per questo motivo, devono essere trovati nuovi composti più avanzati da sviluppare in farmaci antifibrotici.
Significa che ulteriori ricerche sui meccanismi di inibizione dell’HAS richiedono maggiore attenzione da parte degli accademici, rispetto alla ricerca aziendale.
Composti alternativi
Nel loro studio, i ricercatori di Skoltech e i loro colleghi riferiscono sulle proprietà HAS-inibitorie di 13 composti, tra cui lo stesso 4MU, nove molecole strutturalmente simili sintetizzate dai chimici ucraini Igor Krasylov e Viktoria Moskvina del laboratorio Vladimir Khilya, e altri tre che appartengono a una classe completamente diversa, comunemente pensata come pesticidi.
Il team ha testato ciascuno dei 13 agenti per la tossicità e quindi ha misurato la loro efficienza in quantità non tossiche. In un test di coltura cellulare, 4MU è stata superata da uno dei suoi derivati e i tre inibitori commerciali della sintesi della chitina si sono comportati alla pari con la 4MU. Uno di questi, l’Etossazolo, ha anche dimostrato di alleviare la fibrosi epatica nei topi nella stessa misura di 4MU.
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“L’approccio classico è prendere una molecola che funziona e modificarne la struttura nel tentativo di migliorarla. Tuttavia, 4MU è una molecola minuscola, quindi anche se abbiamo provato nove dei suoi derivati, bisogna ammettere che non c’è molto margine di manovra per le modifiche. Questo ci ha portato a esplorare composti di tipo diverso”, ha detto Kotelevtsev.
La ricercatrice del Koltzov Institute, Alexandra Tsitrina, ha scoperto che l’enzima che assembla l’acido ialuronico, prima produce un certo blocco costitutivo comune all’HA e alla chitina, la sostanza che costituisce gli esoscheletri di insetti, ragni, ecc. “Ecco dove entrano in gioco i pesticidi: perché non testare i composti che inibiscono la sintesi della chitina per vedere se funzionano anche su HAS? Alcuni di essi funzionano. Forse ce ne sono altri, quindi ora c’è una nuova classe di potenziale Inibitori della sintesi di HA da indagare“, ha aggiunto il ricercatore.
Meccanismo di azione
Non è chiaro quale meccanismo consenta l’inibizione dell’acido ialuronico sia nel caso di 4MU e dei suoi derivati, sia per gli inibitori della sintesi della chitina. Ma ora che ci sono questi due tipi distinti di composti che fanno la stessa cosa, i ricercatori di Skoltech hanno un sospetto.
In precedenza, i genetisti che lavoravano con gli insetticidi avevano scoperto una mutazione puntiforme nella chitina sintasi che la rende resistente ai tre inibitori considerati dal team di Skoltech: etossazolo, buprofezina e triflumurone.
“Utilizzando strumenti bioinformatici, abbiamo identificato la sequenza di amminoacidi conservativa relativamente breve, una firma in HAS simile a una sequenza di amminoacidi nella chitina sintasi contenente la mutazione puntiforme responsabile della sensibilità all’etossazolo. Questo peptide è una parte del poro che sporge assemblato nei carboidrati – HA o chitina – attraverso la membrana plasmatica. È possibile che anche la 4MU interagisca con quel sito. Ma sono necessarie ulteriori ricerche per testare questa ipotesi”, ha detto Kotelevtsev.
Secondo il biologo, tale ulteriore ricerca implicherebbe l’introduzione di una mutazione puntiforme nell’HAS che lo rende resistente all’inibizione dei pesticidi, nonché l’utilizzo di una tecnica chiamata etichettatura di fotoaffinità per identificare i siti bersaglio di 4MU sulla proteina HAS.
Un’ipotesi in competizione cerca di spiegare l’inibizione della sintesi di HA in termini di esaurimento del substrato. “Ma questo non spiega il motivo per cui potremmo osservare l’inibizione a basse concentrazioni micromolari. L’esaurimento del substrato dovrebbe iniziare a circa 1.000 concentrazioni più elevate, dove è davvero probabile che sia la principale forza trainante dietro l’inibizione dell’HAS. Non così alle concentrazioni che noi utilizzate”, ha concluso il ricercatore.
Per ora, i ricercatori hanno dimostrato che i composti che inibiscono la sintesi della chitina – normalmente usati per combattere i parassiti – sono candidati promettenti per la riduzione della produzione di acido ialuronico per consentire la rigenerazione delle cellule sane nella fibrosi epatica. I farmaci che inibiscono la sintesi di HA potrebbero anche essere rilevanti per il trattamento della sindrome metabolica e del cancro.
Fonte:Glycobiology
