Curprins
1. Introducere2. Combinaii coordinative cu activitate
antitumorala2.1. Carboplatina2.2. Spiroplatina2.3.Iproplatina2.4.
Compararea efectelor cis platinei,carboplatineispiroplatinei si
iproplatinei intr-un test clonogenical unei tumori umane-Studiu de
caz3. Cis platina3.1.Interaciile cis platinei cu
ARN-ul3.2.Interaciile cis platinei cu ADN-ul3.3.Cis platina si
repararea ADN-ului3.4.Interaciunea proteinelor cu aducii cis
platina-ADN
1.Introducere
Cercetrile, care au n vizor sinteza i caracterizarea compuilor
biologici ai ionilor metalici prezint o importan deosebit, datorit
aplicabilitii acestora n farmacie, medicin, agronomie i nutriie.
Studiile efectuate pe complecii metalelor tranziionale avnd ca
liganzi moleculele de inters biologic au evideniat o cretere a
activitii biologice a acestora comparativ cu liganzii puri.
Introducerea metalelor tranziionale n organismul uman este indicat
sub form de copleci, adeseori sub form de copleci chelatici.
Compuii metalelor tranziionale cu diferite molecule de interes
biologic sunt puternic implicate n procese catalitice, funcionale i
structurale n organisme vii. Activitatea biologic a complecilor
este dependent de structura local din jurul ionilor metalici, de
tipul i tria legturilor chimice stabilite. n general ionii metalici
acioneaz n organismele vii sub form de compleci. Complecii activi
biologic ai microelementelor sunt implicai n transfer de electroni,
transport metale i oxigen, reacii redox celulare, transferul de
energie, fixarea azotului n fotosintez, sinteza i degradarea
moleculelor biologice fundamentale, blocarea sau substituirea unor
grupri funcionale. Alturi de rolul de centri catalitici enzimatici,
microelementele au un rol important n multe procese metabolice.
Combinaiile complexe au un rol determinant i n activitatea
medicamentoas. In general, medicamentele stabilesc interaciuni la
nivelul celulei. Substanele medicamentoase eficace n neoplasmele
umane i experimentale au, n general proprieti chelatoare sau sunt
uor metabolizate cu compui cu astfel de propriet. Multe dintre ele
interacioneaz cu acizii nucleici, inhibnd sinteza ADN, ceea ce
explic modul lor general de aciune. Chelarea reprezint coordinarea
a doi sau mai muli atomi donori ai unui ligand la un atom metalic
central prin ciclometalare. Substanele anticancerigene ca agenii de
chelare manifest de obicei o afinitate superioar fa de unele metale
cancerigene (anormale) existente n organism. Deoarece
selectivitatea este redus, ele pot inactiva i unele enzime necesare
creterii rapide sau anormale a celulelor. Utiliznd 6 mercaptopurina
ca ligand a unor ioni metalici mai ales a Pt(II) i Pt(IV) au fost
sintetizate combinaii complexe cu aciune citostatic. Se presupune
c, n urma aciunii lor asupra virusurilor, se elibereaz ligandul
biologic activ, care inhib n continuare creterea celulelor.
Implicarea compuilor de coordinaie n aceste fenomene are drept
justificare faptul c diferite pri ale virusurilor reprezint ageni
de chelare, care pot nlocui liganzii n compuii de coordinare. Chiar
o alterare minor de acest gen, va conduce aproape sigur la
reducerea sau la eliminarea patogenitii virale. O alternativ este
introducerea unui ion metalic n vecintatea virusului astfel nct s
poat avea loc complexarea. O alt cale este utilizarea liganzilor
care posed o activitate antitumoral.In ceea ce privete explicarea
aciunii antitumorale dup formarea ligandului, ar avea loc
dezactivarea ionilor metalelor cu aciune cancerigen sau a enzimelor
necesare creterii rapide att a celulelor sntoase ct i a celor
maligne.Configuraia spaial a ligandului cu aciune anticancerigen
constituie un factor important n ceea ce privete aciunea sa
farmacologic.
2.Combinaii coordinative cu activitate antitumoral Activitatea
antitumoral a combinaiilor coordinatice ale Pt(II) pare a fi
limitat la cele de tipul [PtA2X2], neutru din punct de vedere
electric caracteristic izomerilor cis. Activitatea antitumoral a
complecilor Pt(II) , de tipul [PtA2X2] depinde de natura
liganzilor. Cele mai bune rezultate au fost obinute cu Cl- i Br-,
liganzi anionici monodentai cu capacitate de schimb intermediar i
cu anionii oxalat, malonat, liganzi carboxilai bidentai. n ceea ce
privete natura anionilor cu molecule de amoniac i de diamine
ciclice saturate n ceea ce privete pe cea a aminelor. Prin urmare,
cis-diclorodiaminoplatina (II), cis [Pt(NH3)2Cl2] cuoscut i sub
denumirea de Sarea lui Peyrone, introdus n terapeutic de ctre
Rosenberg i Van Camp prezint cea mai ridicat activitate
antitumoral. Din 1978, cis platina ca preparat unic sau combinat cu
alte citostatice (vinblastina, bloemicina, adriamicina,
ciclofosfamida) a fost folosit n tratamentul carcinoamenlor
ovariene, pulmonare, ale vezicii i zona cap-gt. Cele mai frecvente
efecte seundare ce apar n terapia cu cis platina sunt afectarea
zonei gastrointestinale (apariia de greuri i stri de vom) i a
rinichilor, datorit inhibrii enzimatice prin coordinarea platinei
la gruprile sulfhidrice ale proteinelor. De aceea, se recomand
administrarea unor combinaii cu sulf ca N-etilditiocarbamatul de
sodiu, tiouree i chiar diuretice ce mpiedic legarea platinei la
atomii de sulf ai proteinelor. Odat descoperit un medicament cu
proprieti terapeutice benefice pentru o anumit boal cercettorii
caut s-i mbunteasc mereu performanele. Acest lucru este posibil
prin sinteza i studiul compuilor analogi (medicamentelor de a doua
generaie). Analogii, pot fi capabili s mbunteasc eficacitatea
medicamentului de referin datorit faptului c o concentraie mai mic
de medicament poate produce acelai efect. Pe de alt parte,
proprietile toxicologice ale medicamentului pot fi mult mbuntite.
Deci analogii pot avea efecte toxice secundare mai puine dect
produsul de baz. In al doilea rnd, medicamentele de generaia a doua
pot fi utilizai n tratamentul cazurilor n care s-a manifestat o
rezisten la medicamentul original. In funcie de profilul
toxicologic i eficacitatea acestor medicamente de generaia a doua
se pot obine prin studiu i sintez analogi ai acestor tip de
medicamente. Acest din urm analog poart denumirea de medicament de
generaia a treia. Au fost sintetizai muli analogi ai cis
platinulei, unii produc aceleai efecte terapeutice ca i cispaltina
dar sunt necesare cantitai mult mai mici i prezint efecte secundare
mai mici.Trei dintre aceti analogi sunt carboplatina, spiroplatina
i iproplatina.
2.1.Carboplatina Comparativ cu cis platina, cel mai mare
beneficiu al carboplatinei este efectele sale secundare reduse, n
special eliminarea efectelor nefrotoxice. Greata si varsaturile
sunt mai putin severe si mai usor de controlat. Principalul
dezavantaj al carboplatinei este efectul mielosupresiv. Aceasta
cauzeaz celulelor sanguine si face ca ieirea trombocitelor din mduv
osoas s scad dramatic, uneori la nivelul de 10% din nivelurile sale
de producie obinuite. Carboplatina este mai putin puternic dect cis
platina, n funcie de tulpina de cancer, carboplatina poate fi doar
1/8 la 1/45 la fel de eficace. Doza standard de carboplatin este,
de obicei, in raport de 4:1 fa de cis platin, ceea ce inseamna c
este nevoie de mai mult de patru ori carboplatin decat cis platin
pentru a obine aceeai eficacitate. Stabilitatea carboplatinei este
o binecuvntare mixt:o dat ce asimilarea medicamentului are loc,
jumatate din retentia sa este considerabil mai mare dect a cis
platinei, dar este, de asemenea, aceast inerie face s mearg
carboplatina chiar prin corpul uman, i pn la 90% din cantitatea de
carboplatin poate fi recuperat n urin. Eficacitatea carboplatinei
poate fi mrit prin incubarea carboplatinei ntr-o clorur de
sodiu(NaCl) soluie. Dup 24 h, se realizeaz o analiz pe soluia prin
separarea compuilor prin cromatografie n strat subire (TLC). TLC
izoleaz cis platina, carboplatina, i mai multe produse din soluie.
Numeroase studii au artat c rata de supravieuire a E. coli a sczut
dramatic o dat cu creterea molaritaii soluiei de incubare NaCl.E.
coli tratate au artat, de asemenea, cantiti sczute ale fosfatazei
alcaline, un indicator de proteine de dimensiuni celulare. Acest
lucru sugereaz c,o dat ce aceast soluie de carboplatin este
administrat in celule, acestea au nceput s se micoreze i n cele din
urm mor, aparent prin acelai mecanism prin care funconeaz si cis
platina.
2.2.Spiroplatina
2.3.Iproplatina
2.4 Comparare efectelor cisplatinei, spiroplatinei,carboplatinei
i iproplatinei ntr-un test clonogenic al unei tumori umane Un test
de clonare Hamburger and Salmon modificat dublu stratificat a fost
folosit pentru a testa cis platina si analogii si (spiroplatina,
carboplatina i iproplatina) pe probe tumorale proaspete de la 63 de
pacienti cu o varietate de afectiuni maligne
non-hematologice.Printre ele au fost de 18 de cancer de sn, 17
tipuri de cancer ovarian i 7 cancer necunoscut in faza
primara.Jumatate dintre pacienti au primit anterior chimioterapie.
Regimuri de cis platin s-au dat n 16 de cazuri.Cnd a fost posibil,
celulele au fost expuse timp de 1 h la fiecare medicament n
concentraii de 0,1g / ml i 1,0 g/ ml pentru cis platin i
spiroplatin, 1,0 g/ ml i 10 g/ ml pentru carboplatin i
iproplatin.Un procent mai mare sau egal cu 50% de celule ucise cu
cel puin un medicament a fost gsit n 20 probe :8 tipuri de cancer
ovarian, 3 tipuri de cancer mamar i 1 de cancer necunoscut in faza
primara.Un procent mai mare sau egala cu 70% de celule ucise a fost
observat la 2 probe cu cis platin, 3 cu spiroplatin i carboplatin,
i 6 cu iproplatin. A fost doar parial rezisten ncruciat ntre cis
platina si analogii acesteia.Dintre 57 de perechi comparnd cis
platina cu spiroplatina, 2 au aratat sensibilitate la medicamentele
cu cis platin in monoterapie, 6 la spiroplatin singur, i 6 la
ambele.Acelasi tip de observaie a fost fcut si cu carboplatina.
Lipsa de rezisten ncruciat ntre cis platina si iproplatin a fost
deosebit de frapant: din 53 de perechi, 6 au fost sensibile la cis
platin in monoterapie, 8 la iproplatin singur i 2 pentru ambele.
Aproximativ 20% din probele care au fost rezistente la cis platin
au fost sensibile la iproplatin.Datele arat c activitate analogilor
n cancerul de sn i cancerul ovarian,vor realiza activitate
antitumoral clinic similar cu cea a cis platinei..
Studiu efectuat de:Schroyens W,Dodion P,Rozencweig M.
3.Cis platina Aciunea cis platinei n interiorul celulei este o
reacie de substituie nucleofil (ADN-ul este acidul
dezoxiribonucleic). Forma moleculei de cis platin este ptrat i
plat. Legturile sale covalente favorizeaz reaciile cu ali liganzi,
inclusiv cu apa. n mediul apos al organismului, atomul de clor din
molecul cis platin este uor de nlocuit cu o grupare hidroxil, i mai
trziu de o parte a ADN-ului. n cazul n care exist o concentraie
mare de clorur n fluxul sanguin, aceasta reactie de substitutie nu
merge att de departe. Dac exist o concentraie sczut de clorur n
fluxul sanguin, cis platina devine astfel reactiv cu legturile
altor proteine,ceea ce nu este eficace n lupta mpotriva cancerului.
Oamenii de stiinta chinezi a descoperit recent c cis platina induce
structuri bucl i condensare n ADN. Aceast fapt a fost atribuit
"fluctuaiei termice" a ADN-ului.In interiorul
celulei:[PtII(NH3)2Cl2] + H2O -> [ PtII(NH3)2Cl(H2O)]+ +
Cl-[PtII(NH3)2Cl(H2O)]+ + H2O -> [PtII(NH3)2(H2O)2]2+
Trans platina, (un izomer al cis platinei care are atomi de clor
opui reciproc, de o parte i de alta) face, de asemenea, aduci cu
ADN-ul, dar mai ales mono-aduci. Ea nu promoveaz procesul de
reticulare ceea ce determin ca procesul de replicare a genei s o ia
razna. Molecula de cis platin se leag cu o protein pe o parte i
molecula de ADN pe de alt parte.Atomul de azot din poziia 7 al
guaninei este sensibil la alchilare. Proteina este critic, ea
protejeaz molecula de cis platin pentru a nu fii eliminat prin
mecanismele de regenerare a ADN-ului n celul.
3.1.Interaciile cis platinei cu ARN-ul Dei cis platinua poate
forma un compus coordinativ cu ARN, nu se consider c aceast
interacie joac un rol important n mecanismul de aciune in organism
al cis platinuei din dou motive.Primul, o singur molecula de ARN
afectat poate fi rapid nlocuit de una nou intetizat; studiile au
indicat c cis platina nu afecteaz sinteza ARN (dar afecteaz sinteza
ADN).In al doilea rnd, administrarea in vitro a cis platinei n doze
letale unor celule tumorale a condus la concluzia c numai o mic
fraciune (1 pn la 10%) din moleculele de ARN au fost afectate.
Fig.1. Efectul cisplatinei (A) i paclitaxel-ului (B) asupra
proteinei COX-2.Proteinele p53, p21 i COX-2 au fost analizat prin
"absorbtie Western " n liniile celulare NSCLC (cu diferite stari de
mutaii TP53) tratate cu chimioterapie (IC50) de pn la 48 ore.
-actin a fost utilizat ca martor endogen.3.2.Interaciile cis
platinei cu ADN-ul Cis platina formeaz combinaii coordinatice cu
ADN n principal prin intermediul anumitor atomi de azot din
perechile de baz ale ADN-ului. Aceti atomi de azot (n special
atomul N7 a purinelor) sunt liberi s se coordineze cu cis platina
pentru c ei nu particip la formarea legturilor de hidrogen cu alte
baze ale moleculelor de ADN.Se pot forma multe tipuri de aduci sau
combinaii complexe cis platin-ADN. Cele mai importante dintre
acestea, par s fie cele n care 2 liganzi Cl ai cis platinei sunt
nlocuii de atomi de azot purinici din baze adiacente ale aceleiai
catene de ADN.Bazele purinice implicate n mod normal n formarea
acestor aduci sunt guaninele. S-au evideniat ns i aduci care
implica o molecul de G i una de A. innd seama de geometria sa,
trans-DDP nu poate forma aduci 1,2 intracatenari. De aici reiese i
caracterul inactiv n eliminarea celulelor canceroase. Se consider c
tocmai formarea acestor coordinri 1,2 intracatenare sunt importante
pentru activitatea anticanceroas a cis platinei.Am evideniat modul
de legare al cis platinei la ADN s observm acum cum acesta conduce
la moartea celular programat (apoptoz).
Aducii cel mai frecveni observai sunt cei care implica o
molecule de guanin adiacente (65%) sau link-uri ntre adenina si
guanina (25%).Cisplatina poate ntinde, de asemenea, ntr-o baz
pentru a se altura celor dou molecule de guanin (GXG) pe acelai fir
de ADN-ului. Aducii pot face ca structura ADN-ului s deven
distorsionat, si pot activa mecanismele de reparare ale
ADN-ului.
Mai sus este o schem a unui electrod cu ADN modificat folosit
pentru detectarea interaciunilor medicamentelor cu ADN-ul.n acest
caz, medicamentul este cis platina.Dup expunerea la cis
platin,electronii transferai prin ADN sunt dezactivai de
medicamentul care perturba perechea de baz din ADN.
Cercettorii au observat c legarea cisplatinei la ADN afecteaz
att replicarea ct i transcripia ADN, precum i mecanismele de
repararea a ADN.Au fost studiate efectele cis platinei ct i ale
trans-platinei asupra replicrii ADN att n vitro (folosind extracte
celulare din organismul gazd) ct i in vivo (in organismul
gazd).Studiile in vitro efectuate asupra celulelor procariote ct i
asupra eukariotelor au evideniat c att cis platina ct i
transplatina acioneaz asupra ADN polimerazei (enzim implicat n
procesul de replicare).In mod particular, aducii 1,2 intracatenari
ai cisplatinei cu ADN au stopat funciile nu numai a ADN polimerazei
ci a tuturor polimerazelor. In mod identic, studiile in vivo au
evideniat c cis DDP ct i transDDP inhib replicarea n egal msur-
Alte studii au artat ns c cis-DDP este un agent antitumoral
efectiv, pe cnd trans-DDP nu. Aceste rezultate sugereaz c
replicarea ADN nu este singurul factor important pentru activitatea
clinic a cis-DDP n distrugerea celulelor tumorale. Efectele cis-DDP
i trans-DDP sunt mult mai greu de interpretat dect efectele asupra
replicrii. Oricum, cis-DDP nu pare s inhibe transcripia, n acest
fel conducnd probabil ctre apoptoz.
Accesnd linkul de mai jos putei viziona un clip in care este
relatat mecanismul interaciilor cis platinei cu ADN-ul:
http://www.youtube.com/watch?v=Wq_up2uQRDo
3.3.Cis platina i repararea ADN
Activitatea citotoxic a cisplatinei poate proveni din
imposibilitatea celulei de a repara moleculele de ADN afectate.
Intr-adevr studiile in vitro asupra extractelor celulare au
evideniat c cei mai ntlnii aduci cisplatina-ADN (aducii 1,2
intracatenari) nu sunt eliminai prin reparare. Acest proces ar
trebui s aib loc prin intermediul sistemului de reparare prin
excizie.Este oarecum periculos s tragem prea multe concluzii din
aceste studii datorit faptului c n organism pot apare procese de
reparare care nu sunt evideniate n studiile efectuate pe culturile
celulare.
3.4. Interaciunea proteinelor celulare cu aducii cis platina-ADN
Cercettorii au coordonat mai multe studii pentru a observa dac
activitatea citotoxic a cisplatinei poate rezulta dintr-o cdere a
sistemului de reparare prin excizie.In acest sistem de reparare,
nainte ca poriunea din catena de ADN defect s fie excizat, este
necesar ca aceasta trebuie s fie recunoscut de ctre celul.Celula
detecteaz catena de ADN defect prin aciunea proteinelor de
recunoatere. Deci ca un prim pas n studierea sistemului de reparare
prin excizie cercettorii au urmrit evidenierea proteinelor ataate
aducilor cisplatina-ADN..Exist mai multe metode de difereniere a
ADN-ului legat de protein sau a ADN-ului liber. Cercettorii au
folosit aceste metode pentru a izola proteinele care se leag tocmai
de aceti aduci. Aceste proteine conin toate o poriune comun (care
prezint secvene de aminoacizi similare sau chiar identice) numit
grup cu mobilitate crescut (HMG). Proteinele din aceast clas se
numesc proteine cu domeniu-HMG. Metodele de mai sus au artat c
aceste proteine leag aducii cisplatina-ADN in vitro.Determinrile in
vivo au evideniat c proteinele cu domenii HMG sunt importante
pentru activitatea cis platinei. In absena genei care codifica
pentru aceste proteine HMG celulele devin mai puin sensibile la cis
platina dect celulele care posed aceast gen nsemnnd c cis platina
este mai neeficace n uciderea acestor celule.Aceste rezultate
sugereaz c proteinele HMG joac un rol important n activitatea
citotoxic. Exist dou teorii care explic rolul proteinelor HMG in
activitatea cisplatinei. Multe din aceste proteine sunt factori de
transcripie, deci ei sunt necesari pentru sinteza ARN din catena
ADN.O teorie spune c, dac factorii de trancripie ce conin regiuni
HGM se leag preferenial la aducii cisplatina-ADN, atunci acetia pot
dezordona ntregul mecanism de transcripie.A doua teorie sugereaz c
proteinele HMG se leag la aduci. Aducii nu mai pot fi recunoscui
pentru reparare. In acest caz, repararea ADN ului este
incetinit.Deci, aductul cisplatina-ADN este mai persistent dect ar
fi n absena proteinelor HMG, iar repararea este mul ncetinit.
Aceste procese interfer cu funciile celulare normale (printre ele
replicarea i transcripia) i devin cauza morii celulare.
Model pentru inhibarea reparaeii aductului cisplatin n prezena
domeniului de proteine HMG. In afar de activitatea antitumoral, cis
platina a dovedit a fi un bunt agent antiviral. S-a presupus c
virusurile sunt singurii agenti care transform celulele normale n
celule tumorale, dar totodat s-a constatat c particulele virale
sunt rareori regsite n celulele tumorilor, ceea ce ar conduce la
concluzia c transformarea are loc dup infecia viral prin imprimarea
caracterului viral celulor normale.Incercnd o mutaie la celulele
mamiferelor, putem presupune c leziunile primare ale ADN provocate
de complecii platinici acioneaz elibernd genomul viral. Aceasta
duce la multiplicarea activ a particulelor virale care pot sau nu
avea defecte.Modificarea survine n sistemul imunologic care va fi
stimulat s produc anticorpi mpotriva celulelor tumorale.S-ar putea
ca prin eliminarea genomului viral i a particulelor virale fr
distrugerea celulelor care le-au coninut celulele s revin la starea
normal; aceste presupuneri sunt posibile dar insuficient
studiate.In prezent, direciile de cercetare urmresc obinerea de
compleci cu activitate anticancer performant pe baza parametrilor
fizici, chimici i structurali.
Bibliografie1. Marinescu Dananote de curs Master Enzimologie
Aplicat Fac. Chimie UB2002
2.Iordchescu DanaAcizi Nucleici Editura UB2001
3. Mihescu GrigoreMicrobiologie general i virologieEditura
UB2000
4. Palamaru M.N, Iordan A. R., Cecal Alex.Chimie bionaorganic i
metalele vieiiEditura BIT1997
5. Grecu I, Neamu M, Enescu LImplicaii biologice i medicale ale
chimiei anorganiceEditura Junimea1982
6. Strjescu Mihai, Teodor FeliciaElemente de chimie
bioanorganicEditura Dacia1979
7.www.youtube.com8.
www.sciencedirect.com9.www.ncbi.nlm.nih.gov