L'anidrasi carbonica umana è uno zinco-enzima in grado di catalizzare in maniera reversibile la reazione di idratazione dell'anidride carbonica. Studi recenti confermano come alcune isoforme di hCA (la hCAIX e hCAXII) vengano overespresse nei tumori ipossici dove, controllando il complesso sistema di regolazione del pH, contribuiscono alla creazione di un ambiente extracellulare utile alla sopravvivenza e alla progressione del tumore e all'adozione di fenotipi metastatici. Pertanto, l'inibizione selettiva di questi due enzimi risulta utile nel trattamento di patologie tumorali. Gli inibitori classici dell'anidrasi carbonica presentano una porzione solfonammidica che coordina lo ione zinco localizzato al centro del sito catalitico delle hCAs. Ciò induce il miglioramento dell'attività inibitoria (valori di KI nel range nM), ma porta contemporanemante ad una perdita di selettività tra le varie isoforme umane.
Considerando gli ottimi dati ottenuti dalla molecola di acido 2-(benzilsolfenil) benzoico, legati al suo innovativo meccanismo d'azione, lo scopo del lavoro è di sviluppare nuovi inibitori riconducibili a questo scaffold. Le variazioni strutturali riguardano il gruppo carbossilico, il gruppo benzilico e l'inserimento dell'atomo di zolfo nei suoi vari stati di ossidazione. I solfossidi caratterizzati dalla presenza di un centro chirali saranno sottoposti ad una analisi e separazione chirale mediante HPLC, al fine di determinare come la chiralità possa influenzare l'attività inibitoria nei confronti dell'enzima.
Le isoforme IX e XI dell'anidrasi carbonica umana vengono definite "tumor-related" a causa del ruolo che esse rivestono nella cancerogenesi e progressione dei tumori ipossici [1]. L'isoforma IX viene espressa in condizioni normali principalmente nel tratto gastrointestinale in particolare nello stomaco, dove controlla la proliferazione cellulare, differenziazione e protezione dell'integrità della mucosa. Tale enzima viene però ectopicamente indotto e sovraespresso in molte forme di tumori, in particolar modo quelli che presentano condizioni di ipossia. L'iperespressione di hCAIX infatti è stata osservata in molti tipi di tumori come ad esempio quelli del cervello, testa/collo, seno, polmone, vescica, utero, colon-retto e rene; l'iperespressione di hCAXII segue modelli simili in quanto anch'essa è stata evidenziata nei tumori cerebrali metastatici e del colon. Uno degli effetti principali dovuti all'abnorme presenza di questi enzimi è l'abbassamento del pH extracellulare che, oltre a favorire la presenza di un fenotipo metastatico delle cellule cancerose, può interferire con l'azione di farmaci antitumorali classici. Questi infatti possiedono in molti casi una porzione basica che in presenza del pH extracellulare acido viene protonata impedendo, a causa della carica presente, l'attraversamento della membrana cellulare e limitando in tal modo l'azione antitumorale. La combinazione di inibitori selettivi per hCAIX e XII, con farmaci antitumorali classici può invertire questa situazione generando un effetto sinergico. I classici inibitori dell'anidrasi carbonica vedono la presenza di una porzione solfonammidica in grado di coordinare lo ione zinco presente al centro del sito catalitico delle hCAs. Se da un lato ciò induce il miglioramento dell'attività inibitoria (valori di KI nel range nM), dall'altro porta ad una perdita di selettività tra le varie isoforme umane [2]. Al fine di evitare tale inconveniente, lo scopo del progetto è quello di sviluppare inibitori "atipici", sulla base dei dati ottenuti dalla molecola di acido 2-(benzilsolfenil) benzoico, che co-cristallizzato con l'isoforma II della hCA ha mostrato una nuova modalità di legame all'interno di tale enzima[3].
Questa molecola infatti si lega in una cavità situata sulla superficie della proteina, ad una distanza di circa 14 Å dallo ione Zn2 +, distanza che non consente alcuna interazione con lo ione. Al contrario, la frazione carbossilica di questo composto viene coinvolta in due legami idrogeno con molecole d'acqua, che a loro volta legano l'ossigeno di Trp5 ed un atomo di azoto di His64. His64 è un residuo amminoacidico in grado di assumere due conformazioni chiamate "in" (orientata verso la parte interna dell'enzima) e "out" (orientata verso la parte esterna dell'enzima). Questa flessibilità gioca un ruolo importante nel processo di "proton-shuttling", necessario per la ricostituzione della forma cataliticamente attiva dell'enzima. Il composto A blocca il residuo di His64 nella conformazione "out", impedendo la rigenerazione della forma nucleofila dell'enzima con conseguente inibizione della hCAII (KI =0.15 µM). I dati relativi alle altre isoforme di hCA (I, IX e XII) hanno mostrato anche l'inibizione dell'isoforma IX con un valore di KI = 1,29 ¿M, mentre le isoforme I e XII non vengono inibite dalla molecola.
In base ai dati osservati questo composto potrebbe essere un ottimo punto di partenza per sviluppare nuovi inibitori, mediante sostituzioni in grado di influenzare la capacità di legame nel sito enzimatico, allo scopo di ottenere inibitori atipici e selettivi per le due isoforme tumorali. Tali derivati consentiranno di approfondire ulteriormente tale meccanismo di inibizione.
1. D'Ascenzio, M.; Guglielmi, P.; Carradori, S.; Secci, D.; Florio, R.; Mollica, A.; Ceruso, M.; Akdemir, A.; Sobolev, A. P.; Supuran, C. T. Open saccharin-based secondary sulfonamides as potent and selective inhibitors of cancer-related carbonic anhydrase IX and XII isoforms. J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 2017, 32, 51-59, doi:10.1080/14756366.2016.1235040.
2. Supuran, C. T. How many carbonic anhydrase inhibition mechanisms exist? J. Enzyme Inhib. Med. Chem. 2016, 31, 345-360, doi:10.3109/14756366.2015.1122001.
3. D'Ambrosio, K.; Carradori, S.; Monti, S. M.; Buonanno, M.; Secci, D.; Vullo, D.; Supuran, C. T.; De Simone, G. Out of the active site binding pocket for carbonic anhydrase inhibitors. Chem. Commun. 2015, 51, 302-305, doi:10.1039/C4CC07320G.