PBD - DoCuRi

DNA-Interactive Agents
45
The drug has a unique mechanism of action that involves covalent binding to
the N2-position of guanine within the minor groove of DNA, which causes the
double helix to bend toward the major groove. This is a unique feature distinguishing
ET-743 from all currently available DNA-binding agents, which usually perturb
DNA by bending it toward their site of interaction rather than away from it. The
ET-743 structure consists of three fused tetrahydroisoquinoline ring systems, two of
which (subunits A and B) provide the framework for covalent interaction within the
minor groove. The carbinolamine unit [-NH-CH(OH)-] formed from the nitrogen of
the B subunit and the adjacent secondary alcohol is thought to be the electrophilic
moiety responsible for alkylating the N2 of guanine, a mechanism identical to that
used by the pyrrolobenzodiazepines (PBDs) (see below). The third tetrahydroisoquinoline
system (subunit C) protrudes from the DNA duplex and interacts with
adjacent nuclear proteins, contributing to the molecule’s activity.
At a biochemical level, the cytotoxicity of ET-743 appears to be associated
with the DNA repair pathways of cells. Both inhibition of cell cycle progression
(leading to p53-independent apoptosis) and inhibition of transcription-coupled
nucleotide excision repair (TC-NER) pathways have been demonstrated in
in vitro
studies. The TC-NER pathway involves recognition of DNA damage and recruitment
of various nucleases at the site of DNA damage. At micromolar concentrations,
ET-743 has been shown to trap these nucleases in a malfunctioning nuclease(ET-743)-DNA adduct complex, thereby inducing irreparable single-strand breaks
in the DNA. This process is supported by the fact that mammalian cell lines
deficient in TC-NER show resistance to ET-743.
In vitro
exposure of human colon
carcinoma cells to clinically relevant (i.e., low nanomolar) concentrations of ET743 induces a strong perturbation of the cell cycle. Cell cycle arrest in G2 phase
(resulting in p53-independent apoptosis) occurs after an initial delay of cell progression
from G1 to G2 phase, and inhibition of DNA synthesis also occurs.
Furthermore, there is evidence that nanomolar concentrations of ET-743 cause
inhibition of the expression of genes involved in cellular proliferation (e.g.,
c-jun
,
c-fos
) through promoter-specific interactions and interference with transcriptional
activation. Finally, unlike other DNA-damaging drugs (e.g., doxorubicin) that cause
rapid induction of expression of the multidrug resistance gene (MDR1) in human
sarcoma cells, this agent selectively blocks transcriptional activation of MDR1 in
these cells
in vitro
.
ET-743 is generally well tolerated by patients, with the most frequently reported
side effects being noncumulative hematological and hepatic toxicities. Reversible
and transient elevation of hepatic transaminases, nausea, vomiting, and asthenia are
common but are seldom severe or treatment-limiting. Other side effects commonly
associated with cytotoxic agents, such as mucositis, alopecia, cardiotoxicity, and
neurotoxicities, are not observed.
3.2.3 P
YRROLOBENZODIAZEPINE
(PBD) M
ONOMERS
The pyrrolo[2,1c
][1,4]benzodiazepine (PBD) family of antitumor agents is based
on the natural product anthramycin, which was the first member to be isolated from
Streptomyces refuineus
var.
thermotolerans
in the early 1960s (Structure 3.4). Other
well-known members of the family include tomaymycin, sibiromycin, and neothramycin.
The PBD structure consists of three fused rings (A, B, and C) with a chiral
center at the C11a-position that provides the molecule with a three-dimensional
shape perfectly matched for a snug fit within the DNA minor groove spanning three
DNA base pairs. The molecules also contain an electrophilic carbinolamine moiety
at the N10-C11 position (which can also exist in the equivalent methyl ether or
imine forms); once in the minor groove, this alkylates the C2-amino group of a
guanine through formation of an aminal linkage to C11 of the PBD (Scheme 3.5).
Due to the snug fit of the PBD in the minor groove, very little distortion of the DNA
helix occurs, as is the case with other alkylating agents (e.g., ET-743) and crosslinking
agents (e.g., Cisplatin and the nitrogen mustards). For this reason, PBDDNA
adducts do not appear to attract the attention of the DNA repair proteins, which
could be a significant clinical advantage in that the development of resistance through
DNA repair may be avoided or delayed. Crucially, interaction of the PBD molecules
with DNA is sequence-selective, with a preference for purine-guanine-purine
sequences (with the central guanine covalently bound). This sequence preference
can be explained by the length of the molecule and hydrogen bonding interactions
between parts of the PBD molecule and other DNA bases. For example, the N3position of one flanking adenine forms a hydrogen bond to the N10-proton of the
PBD. Most importantly, the PBD-DNA adducts are sufficiently robust to block
endonuclease enzymes and also transcription, both in a sequence-dependent manner.
A number of PBD monomers were evaluated in the clinic
in the 1960s and
1970s. Anthramycin itself was demonstrated to have antitumor activity but could
not be developed due to a serious dose-limiting cardiotoxicity. This was later shown
to be caused by the phenolic hydroxyl group at C9, which was being converted to
quinone species that produced free radicals capable of damaging heart muscle. Other
side effects included bone-marrow suppression and tissue necrosis at the injection
site.
Synthetic routes became available in the 1990s that allowed relatively large
quantities of PBD analogs to be produced without a C9-hydroxyl group, thus avoiding
the cardiotoxicity problem. These developments allowed extensive structure
activity relationship (SAR) studies to be carried out, and it is now known that C2C3-unsaturation, along with the presence of unsaturated (and preferably conjugated)
substituents at the C2-position, are important for maximizing potency. One such
PBD monomer lacking a C9-hydroxyl but containing an optimized C2-substituent
is presently being developed for clinical evaluation.
A related family of PBD compounds known as the
PBD dimers,
in which two
PBD monomeric units are joined together through their A-rings to produce DNA
interstrand cross-linking agents, has also been developed. One example — SJG-136
— is described elsewhere in this chapter.
Agen DNA-Interaktif
45
Obat ini memiliki mekanisme unik tindakan yang melibatkan mengikat kovalen
ke N2-posisi guanin dalam alur kecil DNA, yang menyebabkan ganda helix
menekuk ke arah alur utama. Ini adalah fitur unik yang membedakan ET-743 dari
semua yang tersedia saat agen DNA-binding, yang biasanya mengacaukan DNA
dengan menekuk ke arah situs mereka interaksi daripada jauh dari itu. Itu ET-743
Struktur terdiri dari tiga sistem cincin menyatu tetrahydroisoquinoline, dua yang
(subunit A dan B) menyediakan kerangka untuk interaksi kovalen dalamalur
kecil. Unit carbinolamine [-NH-CH (OH) -] terbentuk dari nitrogen
subunit B dan alkohol sekunder yang berdekatan dianggap elektrofilik
bagian yang bertanggung jawab untuk alkylating N2 guanin, mekanisme identik
dengan
digunakan oleh pyrrolobenzodiazepines (PBDs) (lihat di bawah). Ketiga
tetrahydroisoquinoline
sistem (subunit C) menonjol dari duplex DNA dan berinteraksi dengan
protein nuklir yang berdekatan, memberikan kontribusi untuk aktivitas molekul.
Pada tingkat biokimia, sitotoksisitas ET-743 tampak terkait
dengan jalur perbaikan DNA sel. Kedua penghambatan perkembangan siklus sel
(Mengarah ke apoptosis p53-independen) dan penghambatan transkripsi-coupled
perbaikan eksisi nukleotida (TC-APM) jalur telah dibuktikan dalam
in vitro
studi. TC-APM jalur melibatkan pengakuan kerusakan DNA dan rekrutmen
berbagai nucleases di lokasi kerusakan DNA. Pada konsentrasi mikromolar,
ET-743 telah terbukti menjebak nucleases ini dalam rusak nuklease(ET-743) DNA-aduk kompleks, sehingga mendorong diperbaiki istirahat untai
tunggal
dalam DNA. Proses ini didukung oleh fakta bahwa jalur sel mamalia
kekurangan TC-NER menunjukkan resistensi terhadap ET-743.
In vitro
pemaparan usus besar manusia
sel karsinoma untuk klinis yang relevan (yaitu, rendah nanomolar) konsentrasi
ET743 menginduksi gangguan kuat dari siklus sel. Penangkapan siklus sel pada
fase G2
(Mengakibatkan apoptosis p53-independen) terjadi setelah penundaan awal
perkembangan sel
dari G1 ke fase G2, dan penghambatan sintesis DNA juga terjadi.
Selain itu, ada bukti bahwa konsentrasi nanomolar ET-743 penyebab
penghambatan ekspresi gen yang terlibat dalam proliferasi sel (misalnya,
c-Juni
,
c-fos
Interaksi dan interferensi dengan transkripsi) melalui promotor khusus
aktivasi. Akhirnya, tidak seperti obat yang merusak DNA lainnya (misalnya,
doxorubicin) yang menyebabkan
induksi cepat ekspresi gen resistensi multidrug (MDR1) pada manusia
sel sarkoma, agen ini selektif menghambat aktivasi transkripsional MDR1 di
sel-sel
in vitro
.
ET-743 pada umumnya ditoleransi dengan baik oleh pasien, dengan yang paling
sering dilaporkan
Efek samping yang toksisitas hematologi dan hati noncumulative. Reversible
dan elevasi sementara transaminase hati, mual, muntah, dan asthenia yang
umum tetapi jarang parah atau membatasi pengobatan. Efek samping lain yang
umum
terkait dengan agen sitotoksik, seperti mucositis, alopecia, kardiotoksisitas, dan
neurotoxicities, tidak diamati.
3.2.3 P
YRROLOBENZODIAZEPINE
(PBD) M
ONOMERS
The pyrrolo [2,1 c
] [1,4] benzodiazepine (PBD) keluarga agen antitumor didasarkan
pada anthramycin produk alami, yang merupakan anggota pertama yang
diisolasi dari
Streptomyces refuineus
var.
thermotolerans
pada awal tahun 1960 (Struktur 3.4). Lain
anggota terkenal dari keluarga termasuk tomaymycin, sibiromycin, dan
neothramycin.
Struktur PBD terdiri dari tiga cincin menyatu (A, B, dan C) dengan kiral
pusat di C11a-posisi yang menyediakan molekul dengan tiga dimensi
Bentuk sangat cocok untuk cocok nyaman dalam alur kecil DNA mencakup tiga
Pasangan basa DNA. Molekul-molekul juga mengandung gugus elektrofilik
carbinolamine
pada posisi N10-C11 (yang juga bisa eksis dalam metil eter setara atau
bentuk imin), satu kali di alur kecil, ini alkylates kelompok C2-amino dari
guanin melalui pembentukan hubungan aminal untuk C11 dari PBD (Skema 3.5).
Karena cocok nyaman dari PBD dalam alur kecil, sangat sedikit distorsi DNA
helix terjadi, seperti halnya dengan agen alkilasi lain (misalnya, ET-743) dan
silang
agen (misalnya, Cisplatin dan mustard nitrogen). Untuk alasan ini, PBDDNA
aduk tidak muncul untuk menarik perhatian dari protein perbaikan DNA, yang
bisa menjadi keuntungan klinis yang signifikan dalam perkembangan resistensi
melalui
Perbaikan DNA dapat dihindari atau ditunda. Krusial, interaksi molekul PBD
dengan DNA urutan-selektif, dengan preferensi untuk purin-guanin-purin
urutan (dengan guanin pusat kovalen terikat). Urutan ini preferensi
dapat dijelaskan oleh panjang molekul dan interaksi ikatan hidrogen
antara bagian dari molekul PBD dan basa DNA lainnya. Misalnya, N3posisi satu mengapit bentuk adenin ikatan hidrogen pada N10-proton dari
PBD. Paling penting, aduk PBD-DNA cukup kuat untuk memblokir
enzim endonuklease dan juga transkripsi, baik secara berurutan tergantung.
Sejumlah monomer PBD dievaluasi di klinik
pada tahun 1960 dan
1970. Anthramycin sendiri menunjukkan memiliki aktivitas antitumor tapi tidak
bisa
tidak dikembangkan karena kardiotoksisitas dosis yang membatasi serius. Ini
kemudian ditampilkan
disebabkan oleh gugus hidroksil fenolik di C9, yang diubah menjadi
spesies kuinon yang menghasilkan radikal bebas yang mampu merusak otot
jantung. Lain
Efek samping termasuk penekanan sumsum tulang dan nekrosis jaringan pada
injeksi
situs.
Rute sintetik menjadi tersedia pada 1990-an yang memungkinkan relatif besar
kuantitas analog PBD yang akan diproduksi tanpa kelompok C9-hidroksil,
sehingga menghindari
masalah kardiotoksisitas. Perkembangan ini memungkinkan struktur yang luas
aktivitas hubungan (SAR) penelitian yang akan dilaksanakan, dan sekarang
diketahui bahwa C2C3-jenuh, bersama dengan kehadiran tak jenuh (dan sebaiknya terkonjugasi)
substituen di C2-posisi, penting untuk memaksimalkan potensi. Salah satu
seperti
Monomer PBD kurang C9-hidroksil tetapi mengandung dioptimalkan C2substituen
saat ini sedang dikembangkan untuk evaluasi klinis.
Sebuah keluarga yang terkait senyawa PBD dikenal sebagai
Dimer PBD,
di mana dua
Unit monomer PBD bergabung bersama melalui A-cincin mereka untuk
menghasilkan DNA
interstrand silang agen, juga telah dikembangkan. Salah satu contoh - SJG-136
- Dijelaskan di bagian lain dalam bab ini.