Ciclo de división celular en el cáncer, Monografías, Ensayos de Biología Humana

¡Descarga Ciclo de división celular en el cáncer y más Monografías, Ensayos en PDF de Biología Humana solo en Docsity! Dirigirse al ciclo de división celular en el cáncer: CDK y célula inhibidores de la quinasa del punto de control del ciclo La familia de quinasas dependientes de ciclina (CDK) de serina / treonina las quinasas regulan la progresión a través de cada etapa de la célula ciclo de división y, como tales, son objetivos importantes para la desregulación en cáncer. Esto ha llevado al desarrollo de varios inhibidores de moléculas pequeñas de las CDK como potencial terapéutico agentes para el tratamiento de esta enfermedad. Progresión a través el ciclo celular también se monitorea en varias posiciones conocidas como puntos de control del ciclo celular, dos de los cuales ocurren durante G1 y G2 en respuesta al daño del ADN. Estos a menudo son defectuosos en cáncer, lo que lleva a la sugerencia de que la inhibición de uno o ambas quinasas del punto de control del ciclo celular CHK1 y CHK2 pueden conducir una célula cancerosa que ya tiene defectos en su ciclo celular puestos de control hacia la muerte. Introducción Las enzimas que gobiernan el ciclo normal de división celular son miembros de la familia de quinasas dependientes de ciclina (CDK) serina / treonina quinasas, que toman su nombre de su asociación requerida con un miembro de la ciclina familia de subunidades reguladoras para la activación completa de CDK (Figura 1). Todas las transiciones importantes a través de la célula. ciclo de división, como la entrada desde la inactividad (G0), el compromiso con la síntesis de ADN (fase S) y la transición de G2 a la mitosis, dependen de CDK / complejos de ciclina (Figura 1). Por tanto, no es sorprendente que la actividad de estas quinasas es un objetivo para la desregulación en el cáncer; cambios genéticos que conducen a la sobreexpresión de ciclinas y sobreexpresión y mutación de CDK ocurren a menudo [1]. La actividad de CDK también está regulada negativamente por interacción con INK4 (inhibidor de CDK4) y CIP / KIP (proteína inhibidora de CDK / proteína inhibidora de quinasa) familias de inhibidores de CDK que también se encuentran mutados, eliminado o silenciado en los tumores, lo que lleva a su pérdida de función en las células cancerosas [2]. La desregulación de CDK actividad en el cáncer ha conducido al desarrollo de inhibidores de molécula pequeña de CDK para el tratamiento de esta enfermedad. Esta estrategia terapéutica se ha complicado, sin embargo, por el hecho de que varias CDK se han roles celulares que no están relacionados directamente con la célula ciclo (Figura 1). Además, ahora hay evidencia de que CDK, que se cree que son esenciales para la progresión del ciclo celular, en realidad puede ser prescindible. Un ejemplo de esto es CDK2, para lo cual los estudios de knockout en ratones sugieren que esta quinasa no es necesario para la división de células mitóticas. Inhibición de CDK2 usando construcciones dominantes negativas, oligonucleótidos anti sentido o ARN de interferencia pequeño (si) sugiere que CDK2 es prescindible para la progresión de las células cancerosas y es, por lo tanto, no es un objetivo terapéutico adecuado [3,4]. Uno la explicación de estos resultados es que hay redundancia de CDK en la célula y que la ciclina E puede asociarse con otro objetivo de CDK cuando CDK2 no está disponible. Como un resultado, la elección de un objetivo CDK específico y el diseño de una pequeña molécula que inhibe selectivamente un particular CDK en el ciclo celular está demostrando ser un considerable desafío, como se discute en esta revisión. La progresión a través del ciclo de división celular está regulada por complejos CDK / ciclina y monitoreados en varias posiciones conocidas como puntos de control del ciclo celular. Dos de los principales los puntos de control del ciclo celular se inducen en respuesta al ADN. Daño y ocurren antes y después de la síntesis de ADN durante fases G1 y G2 (Figura 1). Transductores clave de estos las señales son las quinasas del punto de control del ciclo celular CHK1 y CHK2, que actúan indirectamente sobre las CDK a través de su capacidad para inhibir miembros de la familia CDC25 de fosfatasas de especificidad dual que desfosforilan y activan CDK [5]. CHK1 ha sido de especial interés como diana terapéutica, ya que la pérdida de la función CHK1 sensibiliza células deficientes en p53 al daño del ADN. La propuesta mecanismo de acción implica la dependencia de p53- celdas deficientes en el puesto de control G2 y el requisito de CHK1 para esta detención del ciclo celular. CHK2 también se pensó participar en el puesto de control G2, pero ahora hay evidencia de que este no es el caso, y que la inhibición de CHK2 protege a las células normales del daño del ADN y sensibiliza las células cancerosas a los agentes genotóxicos [5]. Esta revisión se centra en los nuevos desarrollos en el diseño de CDK y de inhibidores de la quinasa del punto de control del ciclo celular destacando informes en los que suficiente celular o in vivo se presenta farmacología para respaldar la propuesta mecanismos de acción inferidos de bioquímica in vitro datos. Ha habido divulgaciones de nuevas series químicas para los cuales dichos datos móviles no están disponibles, y estos no se han incluido. El ciclo de división celular se muestra en este diagrama junto con los complejos CDK / ciclina colocados en los puntos donde se sabe que actúan. CDK con funciones ajenas al ciclo celular se muestran a la derecha del diagrama principal del ciclo celular. CHK1 se muestra en la transición G2 / M, donde se requiere para la Punto de control inducido por daño del ADN de G2 y fosforilación de CDC25, lo que conduce a la inhibición de CDK1, mientras que CHK2 se muestra en el G1 / S transición en la que se sabe que fosforila una serie de proteínas (se muestra entre paréntesis). _______________________________________________________________________________________________________________________________________ Inhibidores de quinasas dependientes de ciclina inhibidores selectivos de Pan-CDK y CDK2 Desde la demostración inicial de eficacia clínica del inhibidor de pan-CDK flavopiridol [6] o CDK más selectivo inhibidores como la roscovitina [7], el esfuerzo continuo ha llevado a nuevos agentes químicos con perfiles preclínicos similares o mejorados. Para la roscovitina, se ha demostrado recientemente capacidad de causar apoptosis en linfocitos crónicos humanos las células B de leucemia sugieren una terapia adicional indicación para una mayor investigación, aunque la alta concentraciones necesarias para lograr este efecto argumentan en contra un mecanismo específico de CDK [8]. Una serie de pirazolopirimidinonas (1; consulte la Tabla 1 para y subsiguientes compuestos numerados) han mostrado actividad contra CDK1, CDK2 y CDK4; este perfil de inhibición de CDK no selectiva se reflejó en equivalentes actividad antiproliferativa en líneas celulares independientes de su estado de proteína de retinoblastoma (Rb) o p53 [9]. En los xenoinjertos de tumor de pulmón H460 y colon HCT116, el compuesto 1 mostró una eficacia equivalente a la del flavopiridol, con inhibición del crecimiento tumoral del 40-46% después de 10 mg / kg dosificación intraperitoneal crónica. Tiazolopirimidinas tales como el compuesto 2 también mostró inhibición de CDK de amplio espectro e inhibición de la fosforilación de Rb en múltiples residuos asociados con CDK 1, 2, 4, 7, 8 y 9 fue confirmado en células de tumor de pulmón A549 [10]. Compuesto provocó una detención del ciclo celular G1 / fase S temprana en sincronizado células, consistente con la mayor potencia observada para inhibición de CDK2 y CDK9. Sin embargo, una mala correlación entre la actividad antiproliferativa celular y la in vitro se encontró actividad enzimática para esta serie de inhibidores. BMS-387032 (3) es un inhibidor identificado como fármaco compuesto de desarrollo que muestra selectividad moderada para CDK2 sobre CDK1 y CDK4, y alta selectividad (> 500 veces) sobre un panel de 12 quinasas diversas, aunque no se han descrito respuestas de biomarcadores celulares [11]. El excelente perfil farmacocinético de 3 en ambos roedores y perros contribuyeron a su selección como clínica candidato, y en xenoinjertos de tumor ovárico A2780, BMS387032 mostró una eficacia superior al flavopiridol en dosis por debajo de la dosis máxima tolerada. En dosis más altas hasta la dosis máxima tolerada, rápida y significativa se logró la regresión del tumor, con regresión completa vista en aproximadamente la mitad de los animales con dosis prolongadas, mientras que tal efecto no se pudo obtener con flavopiridol. Las pirazolopiridinas SQ-67563 (4) y BMS-265246 (5) se ha informado que son inhibidores selectivos de CDK1 y CDK2 [12,13]. Este grupo de compuestos es generalmente equipotente hacia las CDK 1 y 2 con alguna selectividad enzimática (22 a 250 veces) sobre CDK4. No se han revelado detalles de la farmacología celular para el análogo 5 más potente, pero el compuesto 4 provoca un G2 / M detención en las líneas celulares A2780 y como inhibidores de CDK 1, 2 y 5 y glucógeno sintasa quinasa-3 (GSK3) [17], y la aloisina A (9) fue altamente selectiva para estos sobre CDK4 (> 1000 veces) y otros 20 diversas quinasas. De acuerdo con su inhibición de múltiples CDK, la aloisina A provocó la detención del ciclo celular G2 / M y G0 / G1 en células NT2. El efecto antiproliferativo de 9 fue reversible, y el compuesto mostró un citostático en lugar de perfil citotóxico. A pesar de la inhibición relativamente potente de CDK en 9 (IC50 100-400 nM), no se observaron efectos antiproliferativos celulares hasta concentraciones altas (IC50 10 mM), que contrasta con agentes como 1 y 3 donde la diferencia entre bioquímica (enzima) y la actividad celular fue significativamente menor. Hacia un inhibidor selectivo de CDK4 Un grupo de artículos ha descrito inhibidores de CDK (10-13) estructuralmente relacionado con la aglicona UCN-01 que inhibe CDK4, aunque no se obtuvieron datos de selectividad de la enzima CDK presentado [18-21]. El indolocarbazol 10a mostró potente actividad antiproliferativa en las líneas de células tumorales humanas HCT116 y NCIH460, y se observó la firma molecular de la inhibición de CDK4 al sondear para inhibición de la fosforilación de Rb en Ser780 [18]. Arresto G1 se observó a concentraciones equivalentes a las demostrando actividad antiproliferativa. Sin embargo, otros compuestos de esta serie con menos inhibidores de CDK4 la actividad también mostró efectos antiproliferativos, lo que indica importante actividad celular fuera del objetivo. Compuesto 10b causó (no especificado) retraso en el crecimiento tumoral en HCT116 xenoinjertos [18]. El indolocarbazol 11 fue un inhibidor competitivo de ATP tanto de CDK4 como de CDK2, y otros miembros de esta serie mostraron cierta inhibición de CDK1, con selectividad sobre otras quinasas (por ejemplo, proteína quinasa A) [19,20]. El compuesto 11 fue antiproliferativo y provocó la detención del ciclo celular G1 a concentraciones micromolares bajas. La inhibición de la fosforilación de Ser780 Rb también fue observado a estas concentraciones, y un grado de tumor el retraso del crecimiento se logró con miembros no identificados de esta serie química en xenoinjertos HCT116. Se encontró que los derivados cercanos de 11 con un armazón de bis-indolilmaleimida menos rígido, como 12, eran inhibidores menos potentes de crecimiento de células HCT116 o H460 que los indolocarbazoles, a pesar de niveles similares de inhibición de CDK4 y CDK2 en vitro [20]. Además, las bis-indolilmaleimidas generalmente provocó la detención del ciclo celular en la fase G2 / M en lugar de G1, a pesar de mostrar la inhibición característica de Rb Ser780 fosforilación asociada con la inhibición de CDK4, y parece probable que en los ensayos de proliferación celular otra la actividad domina para esta clase química. Adicional anulación de la estructura de indolocarbazol condujo al desarrollo del compuesto 13 con una selectividad mucho mayor (> 200 veces) para la inhibición de CDK4 sobre CDK2 [21]. Efectos antiproliferativos submicromolares en HCT116 y se observaron líneas celulares H460, acompañadas de inhibición de fosforilación de Ser780 Rb y una detención de G1 limpia. Inicial intenta mejorar la solubilidad acuosa de este andamio eran, sin embargo, incompatibles con el mantenimiento celular potencia. La primera demostración sólida de que un el inhibidor de CDK4 / 6 representa un potencial agente único recientemente se ha logrado la terapia con el candidato de desarrollo PD0332991 (14) [22]. El compuesto 14 es selectivo (> 100 veces) para la inhibición de CDK4 y CDK6 sobre el de los CDK 1, 2 y 5, y tiene más de selectividad de 1000 veces frente a un panel de 35 quinasas diversas. En células MDA-MB-435 y Colo-205, rápido y reversible inhibición de la fosforilación de Rb en CDK4 y CDK6 los sitios específicos Ser780 y Ser795 se lograron a concentraciones de seis a siete veces superiores a las que mostraban in vitro actividad. La especificidad de la acción se demostró por la falta de actividad contra líneas celulares nulas Rb, y por la observación de una detención exclusiva del ciclo celular G1. En múltiples xenoinjertos utilizando líneas celulares con Rb funcional, PD0332991 demostró eficacia en la administración oral (150 mg / kg, 14-28 dosis diaria), con regresiones tumorales observadas en xenoinjertos de tumor de colon Colo205 y glioblastoma SF-295. Estudios preliminares con reimplantes Colo-205 regresados no indicó pérdida de sensibilidad al tratamiento en la exposición posterior. Además, los cambios en los biomarcadores en tejido tumoral de xenoinjerto fueron investigados y se encontró que correlacionar con la respuesta tumoral: fosforilación de Rb en Ser780 fue eliminado y una reducción coincidente en Ki-67 se observó un marcador de proliferación, mientras que cuatro genes productos bajo el control del factor de transcripción E2F se encontraron regulados a la baja en una dosis dependiente moda. Una cuestión de selectividad enzimática versus selectividad celular La importancia de investigar tanto la actividad enzimática como celular se ejemplifica con la pirrolopirimidina relacionada con sangivamicina, xilocidina (15), que mostró cierta selectividad (40 veces) para CDK1 sobre CDK2 y mayor selectividad (> 500 veces) frente a otra serina / treonina quinasas (por ejemplo, proteína quinasas A y C) [23]. En células SK1-HEP, se observó modulación de biomarcadores correspondientes tanto a CDK1 como a CDK2, con la fosforilación de Rb (CDK2) y la fosforilación de nucleolina (CDK1) inhibidas a concentraciones aproximadamente 200 a 1000 veces más bajos que los requeridos para olomou cine o roscovitina. Estos resultados sugieren que, aunque la selectividad puede obtenerse contra enzimas particulares en ensayos bioquímicos esta selectividad puede no retenerse una vez que los compuestos ingresan a la celda. Además, y de acuerdo con algunos informes de que la actividad de CDK2 es necesaria para la progresión de la apoptosis, la xilocidina abolió la características morfológicas apoptóticas y muerte celular bloqueada en TRAIL (ligando inductor de apoptosis relacionado con TNF) - células SK1-HEP tratadas de una manera dependiente de la dosis. Esta es, sin embargo, en contraste con otros informes donde la inhibición de CDK2 se propone inducir apoptosis. Inhibidores de la quinasa de punto de control El indolocarbazol Go6976 (16; Tabla 2) es estructuralmente relacionado con el conocido inhibidor de quinasa UCN-01 y se utilizó como un control negativo putativo en experimentos sondeo de la abrogación del ciclo celular inducido por daños en el ADN arrestar. Sin embargo, 16 derogaron inesperadamente S y G2 detenciones en células MDA-MB-231 [24]. Como UCN- 01, 16 fue encontrado para inhibir potentemente CHK1 y CHK2 en células ensayos, lo que conduce a la hiperfosforilación de CDC25, mientras que no tiene efecto sobre los niveles de fosforilación de CHK1 / 2 a través de la inhibición de las quinasas aguas arriba ataxia telangiectasia mutada (ATM) o ataxia telangiectasia y proteína relacionada con Rad3 (ATR). Es importante para la terapéutica consideraciones, no se observó ningún efecto del suero humano (5%) en la potencia celular de 16 en comparación con UCN-01, para que ávida unión a la glucoproteína ácida a1 del plasma humano ha comprometido la biodisponibilidad y la potencia del compuesto en ensayos clínicos [25]. Otro indolocarbazol, denominado isogranulatimida (17), fue identificado a partir de una pantalla fenotípica en la mama MCF-7 células de carcinoma como un anulador de la detención del ciclo celular G2, y su mecanismo de acción fue posteriormente dilucidado como potente inhibición de CHK1 competitiva con ATP [26]. Isogranulatimida muestra cierta selectividad in vitro (40 veces) para CHK1 sobre CHK2, y es significativamente selectivo (100 a 500 veces) sobre otras 12 quinasas diversas; no hubo inhibición visto de los reguladores aguas arriba de CHK1 / 2, ATM y ATR. A partir de investigaciones limitadas de estructura-actividad de análogos de 17, compuestos menos selectivos para CHK1 mostró un perfil celular bifásico, con pérdida de capacidad para derogar el punto de control G2 visto en concentraciones más altas, presumiblemente como resultado de otros inhibidores de la quinasa ocupaciones. Abrogación de las radiaciones ionizantes S y G2 inducidas se demostraron puntos de control para el inhibidor de CHK1 CEP-3891 [27]. Aunque no se ha revelado ninguna estructura para este agente, algunos detalles del perfil de quinasas in vitro se han informado en los que la selectividad para CHK1 fue aparente [28]. Un análogo, 18, del producto natural inhibidor de CDK. se descubrió que la himenialdisina es un potente inhibidor de CHK2 con cierta selectividad (30 veces) sobre la inhibición de CHK1, aunque no se presentaron datos celulares [29]. Al mismo tiempo, 18 se preparó de forma independiente durante una investigación de biología química de las dianas de la clase de inhibidores de CDK de himenialdisina, y ha demostrado tener alguna actividad inhibidora hacia CDK 1 y 5 y GSK3b [30]. Muchas de las proteínas en este estudio fueron identificados por cromatografía de afinidad utilizando himenialdisina inmovilizada. Compuesto 18, en común con la mayoría de los análogos descritos, fue se encontró que no causa cambios en la distribución del ciclo celular o efectos antiproliferativos en concentraciones de hasta 15-30 mM. Aunque una investigación de la capacidad de 18 para provocar la derogación del puesto de control G2 / M aún no ha se ha informado, la funcionalidad altamente polar en 18 y compuestos relacionados podrían comprometer la penetración celular y serían un tema para abordar en el desarrollo de fármacos un enfoque de diseño basado en la estructura, utilizando un modelo de homología CHK2, logró identificar una serie de inhibidores de CHK2 competitivos con ATP de 2-arilbencimidazol [31]. El compuesto 19 fue altamente selectivo (> 600 veces) para inhibición de CHK2 contra un panel de 33 quinasas, que incluyen CHK1. El efecto del 19 sobre la radiación ionizante inducida se investigó la apoptosis: protección dosis-dependiente contra la apoptosis, según lo determinado por análisis FACS, fue visto en linfocitos T CD4 + y CD8 + humanos con un CE50 de 3–8 mM. La disponibilidad de CHK2 selectivo inhibidores como el 19 permitirán la investigación de si la supresión de la apoptosis dependiente de p53 puede conducir a la radio protección selectiva de proliferación normal tejido sobre tumores (hasta el 50% de los cuales llevan p53 mutaciones). Conclusiones Aunque el potencial terapéutico de las CDK y las células punto de control del ciclo quinasas se conoce desde hace varios años, esta sigue siendo un área de intenso desarrollo de fármacos actividad. La selectividad es un tema clave y, aunque uno se ha identificado un inhibidor de CDK4 / 6 potente y selectivo, el desarrollo de compuestos selectivos de CDK en vitro que muestran selectividad biológica es un objetivo continuo, cuyo diseño basado en la estructura todavía tiene que resolver de manera convincente para esta clase de serina / treonina quinasas. Los descubrimiento y desarrollo del punto de control del ciclo celular inhibidores de la cinasa ha progresado a un ritmo más lento que para los CDK, pero ahora está comenzando a ponerse al día, en particular para CHK1, y solo debería ser cuestión de tiempo antes uno de estos agentes entra en la clínica. Actualizar El desarrollo del inhibidor selectivo de CDK2 PHA- 533533, un derivado de 3-amido-pirazol, recientemente se ha informado [32]. Dosificación oral de PHA-533533 a ratones que llevaban xenoinjertos tumorales A2780 dio como resultado un crecimiento inhibición del 73% con respecto al control, con análisis inmunohistoquímico de los tumores que muestra tanto una reducción en la fosforilación de Rb como una replicación reducida del ADN (incorporación reducida de BrdU). El celular detallado farmacología de inhibidores selectivos de moléculas pequeñas de CHK1 se ha descrito por primera vez para una serie de (pirazin-2-il) ureas [33]. Abrogación del puesto de control en se demostró que las células H1299 tanto para G2 / M (tratamiento con doxorrubicina) y S (tratamiento con camptotecina) puntos de control de fase, y la degradación de Cdc25 fue inhibido.