Farmacologia do câncer: síntese, estabilidade e manutenção do genoma

Farmacologia do câncer: síntese, estabilidade e manutenção do genoma

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Tradicionalmente, a terapia do câncer tem sido baseada no princípio de que as células tumorais encontram-se freqüentemente no ciclo celular, sendo, portanto, mais sensíveis do que as células normais à interferência na síntese de DNA e mitose. Na verdade, os antimetabólitos, uma classe de agentes que são análogos dos folatos, das purinas e das pirimidinas endógenos e que inibem as enzimas de síntese dos nucleotídios, foram alguns dos primeiros fármacos a serem testados como agentes quimioterápicos. No final da década de 1940, Sidney Farber e colaboradores administraram o antifolato aminopterina a paciente com leucemia aguda e observaram a ocorrência de remissões temporárias em mais de metade dos pacientes. Em virtude de seu rápido desenvolvimento e divisão, acredita-se também que as células cancerosas sejam mais sensíveis do que as células normais ao efeito de agentes que produzem lesão do DNA. Também no final da década de 1940, as mostardas nitrogenadas — que, após exposições acidentais durante a guerra, haviam causado supressão da medula óssea — foram testadas em pacientes com linfoma e leucemia, induzindo remissões. Estes e outros achados levaram ao desenvolvimento de múltiplas classes de agentes antineoplásicos destinados a interferir nas unidades formadoras na síntese do DNA e mitose, ou a produzir lesão do DNA e instabilidade cromossômica, promovendo, portanto, a citotoxicidade e a morte celular programada (apoptose). Infelizmente, a janela terapêutica desses fármacos é estreita, visto que as células normais em tecidos como o trato gastrintestinal e a medula óssea sofrem divisão celular e também são suscetíveis aos efeitos desses agentes. O uso da quimioterapia de combinação com fármacos de diferentes classes ajudou a aumentar a eficácia e, ao mesmo tempo, a minimizar as toxicidades superpostas que limitam a dose dos fármacos; todavia, a capacidade de curar pacientes com a maioria das formas de câncer avançado permanece limitada. Essa eficácia limitada deve-se, em parte, ao desenvolvimento de múltiplos mecanismos de resistência, incluindo a incapacidade das células tumorais de sofrer apoptose em resposta a lesão do DNA ou estresse. Além disso, torna-se cada vez mais evidente que populações de células-tronco cancerosas podem apresentar baixas taxas de proliferação e outras propriedades que as tornam resistentes à quimioterapia citotóxica.

Farmacologia do Câncer: Síntese, Estabilidade e Manutenção do Genoma

David A. Barbie e David A. Frank

Introdução Caso Bioquímica da Síntese, Estabilidade e Manutenção do Genoma

Síntese de Nucleotídios

Síntese de Ribonucleotídios de Purinas Síntese de Ribonucleotídios de Pirimidinas Redução dos Ribonucleotídios e Síntese de Timidilato

Síntese de Ácidos Nucléicos Reparo do DNA e Manutenção dos Cromossomos

Reparo de Pareamento Incorreto Reparo por Excisão de Bases Reparo por Excisão de Nucleotídios Reparo de Quebras de Fita Dupla Biologia do Telômero

Microtúbulos e Mitoses

Classes e Agentes Farmacológicos

Inibidores da Timidilato Sintase Inibidores do Metabolismo das Purinas

Inibidores da Ribonucleotídio Redutase Análogos das Purinas e das Pirimidinas que se Incorporam ao DNA

Agentes que Modificam Diretamente a Estrutura do DNA

Agentes Alquilantes Compostos de Platina Bleomicina

Inibidores da Topoisomerase

Camptotecinas Antraciclinas Epipodofilotoxinas Ansacrina

Inibidores dos Microtúbulos

Inibidores da Polimerização dos Microtúbulos: Alcalóides da Vinca Inibidores da Despolimerização dos Microtúbulos: Taxanos

Conclusão e Perspectivas Futuras Leituras Sugeridas

632 | Capítulo Trinta e Sete n Caso

Um dia, J. L., um estudante de pós-graduação de 23 anos de idade, até então em boa saúde, percebeu a presença de um nódulo de consistência dura no testículo esquerdo enquanto estava tomando banho. Preocupado com esse achado, o médico de J. L. solicitou uma ultra-sonografia, que revelou a existência de uma massa sólida sugestiva de câncer. O testículo foi removido cirurgicamente, e a revisão patológica confirmou o diagnóstico de câncer testicular. Uma radiografia de tórax também revelou vários nódulos pulmonares, que foram considerados como disseminação metastática do câncer. J. L. foi tratado com vários ciclos de quimioterapia de combinação, incluindo bleomicina, etoposídeo e cisplatina. Os nódulos pulmonares desapareceram por completo. Um ano depois, J. L. pôde retomar os estudos, sem nenhum sinal de recidiva do câncer. Entretanto, a cada visita subseqüente de acompanhamento, o médico de J. L. indaga se ele está tendo dificuldade respiratória.

n 1. Qual o alvo molecular de cada um dos fármacos no esquema de quimioterapia de combinação de J. L.? n 2. Através de que mecanismos o etoposídeo, a bleomicina e a cisplatina atuam de modo sinérgico contra o câncer testicular de J. L.? n 3. Por que o médico de J. L. indaga sobre a ocorrência de dispnéia a cada visita de acompanhamento? n 4. Como achados incidentais levaram à descoberta da cisplatina, o fármaco de maior eficácia contra o câncer testicular?

De acordo como dogma central da biologia molecular, o DNA contém toda a informação necessária para codificar macromoléculas celulares — especificamente, a transcrição do DNA em RNA e, a seguir, a tradução do RNA em proteínas. Os antimetabólitos inibem a síntese de nucleotídios, que são as unidades formadoras do DNA e do RNA. A Fig. 37.1A fornece uma visão geral da síntese de nucleotídios, enquanto a Fig. 37.1B mostra as etapas em que alguns dos fármacos discutidos neste capítulo inibem o metabolismo dos nucleotídios.

Os nucleotídios, os precursores do DNA e do RNA, incluem os nucleotídios de purinas e os nucleotídios de pirimidinas. As purinas e as pirimidinas são as bases empregadas para determinar o código químico dentro do DNA e do RNA. A adenina e a guanina são purinas; a citosina, a timina e a uracila são pirimidinas. Os nucleosídios são derivados de purinas e pirimidinas conjugadas com ribose ou desoxirribose. Os nucleotídios são ésteres monofosfato, difosfato ou trifosfato dos nucleosídios correspondentes. Por exemplo, uma base adenina ligada de modo covalente a um açúcar ribose e a um éster difosfato é denominada difosfato de adenosina (ADP). As diversas bases purinas e pirimidinas, nucleosídios e nucleotídios são apresentados no Quadro 37.1.

A síntese de nucleotídios envolve três conjuntos gerais de reações seqüenciais: (1) a síntese de ribonucleotídios, (2) a redução dos ribonucleotídios a desoxirribonucletídios e (3) a conversão de desoxiuridilato (dUMP) em desoxitimidilato (dTMP)

Precursores das purinasPrecursores das pirimidinas

Folato

Ribonucleotídios Desoxirribonucleotídios

Proteína

Monofosfato de inosina(IMP)Pirimidinas

Metotrexato

6-Mercaptopurina Tioguanina

Hidroxiuréia

Fludarabina Citarabina Cladribina

Precursores das purinasPrecursores das pirimidinas

Folato

Ribonucleotídios Desoxirribonucleotídios

Proteína

IMP Pirimidinas

6-Mercaptopurinas Tioguanina

Fig. 37.1 Considerações gerais da biossíntese de nucleotídios de novo. A. O folato é um co-fator essencial na síntese de monofosfato de inosina (IMP), do qual derivam todos os nucleotídios de purinas. A síntese de pirimidinas não necessita de folato, embora este seja necessário para a metilação do desoxiuridilato (dUMP) a desoxitimidilato (dTMP) (ver Fig. 37.2). Os ribonucleotídios contêm uma das bases purinas ou pirimidinas ligada a fosfato de ribose. A redução subseqüente da ribose na posição 2 produz desoxirribonucleotídios. Os desoxirribonucleotídios são polimerizados em DNA, enquanto os ribonucleotídios são utilizados na formação do RNA (não ilustrado). De acordo com o dogma central da biologia molecular, o código do DNA determina a seqüência do RNA (transcrição), e o RNA é então traduzido em proteína (setas azuis). B. O metotrexato inibe a diidrofolato redutase (DHFR) e, portanto, impede a utilização do folato na síntese de nucleotídios de purinas e dTMP. A 6-mercaptopurina e a tioguanina inibem a formação de nucleotídios de purinas. A hidroxiuréia inibe a enzima que converte ribonucleotídios em desoxirribonucleotídios. A fludarabina, a citarabina e a cladribina são análogos de purinas e pirimidinas que inibem a síntese de DNA. A 5-fluoruracila inibe a enzima que converte o dUMP em dTMP (não ilustrado).

(Fig. 37.2). A síntese de ribonucleotídios difere para as purinas e pirimidinas, de modo que a síntese de cada classe de moléculas é discutida individualmente. Todos os ribonucleotídios são reduzidos a desoxirribonucleotídios por uma única enzima, a ribonucleotídio redutase. Os desoxirribonucleotídios gerados

Farmacologia do Câncer: Síntese, Estabilidade e Manutenção do Genoma | 633

QUADRO 37.1 Derivados das Purinas e Pirimidinas: Bases, Nucleosídios e Nucleotídios BASE RIBONUCLEOSÍDIO RIBONUCLEOTÍDIO DESOXIRRIBONUCLEOSÍDIO DESORRIBONUCLEOTÍDIO

Purinas

Pirimidinas Desoxiuridina Desoxiuridilato (dUMP)

Adenina (A) Adenosina Adenilato (AMP) Desoxiadenosina Desoxiadenilato (dAMP) Guanina (G)GuanosinaGuanilato (GMP)Desoxiguanosina Desoxiguanilato (dGMP)

Citosina (C)CitidinaCitidilato (CMP)Desoxicitidina Desoxicitidilato (dCMP)

Uracila (U)UridinaUridilato (UMP)

Timina (T)

NENHUM NENHUM Desoxitimidina Desoxitimidilato (dTMP) a partir de ribonucleotídios e do dUMP são utilizados na síntese de DNA. Como o folato é um co-fator essencial na síntese de ribonucleotídios de purina e dTMP, o metabolismo do folato é discutido separadamente (ver Cap. 31).

Síntese de Ribonucleotídios de Purinas

A adenina e a guanina, as bases purinas apresentadas no Quadro 37.1, são sintetizadas como componentes de ribonucleotídios (para a síntese de RNA) e de desoxirribonucleotídios (para a síntese de DNA). Os derivados da adenina e da guanina, que incluem o ATP, o GTP, o cAMP e o cGMP, também são utilizados para armazenamento de energia e sinalização celular. A síntese de purinas começa com a montagem do inosinato (IMP) a partir de um fosfato de ribose, componentes derivados dos aminoácidos glicina, aspartato e glutamina e transferências de um carbono catalisadas pelo tetraidrofolato (THF), conforme indicado na Fig. 37.2. Devido ao papel central do THF na síntese de purinas, uma importante estratégia quimioterápica consiste em reduzir a quantidade disponível de THF para a célula, inibindo, assim, a síntese de purinas.

A Fig. 37.3 mostra o papel central desempenhado pelo IMP na síntese de purinas. O IMP pode ser aminado a AMP ou oxidado a GMP. Por sua vez, o AMP e o GMP podem ser convertidos em ATP e GTP, respectivamente, e, em seguida, incorporados ao RNA ou reduzidos a dAMP ou dGMP, respectivamente, conforme descrito adiante.

As bases, os nucleosídios e os nucleotídios de purinas sofrem rápida interconversão através de múltiplas enzimas presentes no interior da célula. Em uma dessas reações, a enzima adenosina desaminase (ADA) catalisa a conversão irreversível da adenosina ou 2 -desoxiadenosina em inosina ou 2 -desoxiinosina, respectivamente. A inibição da ADA faz com que as reservas intracelulares de adenosina e de 2 -desoxiadenosina ultrapassem as das outras purinas, resultando, por fim, em efeitos metabólicos que são tóxicos para a célula (ver discussão da pentostatina, adiante).

634 | Capítulo Trinta e Sete básico, orotato, é formado a partir de carbamoil fosfato e aspartato. A seguir, o orotato reage com um fosfato de ribose; o produto de descarboxilação dessa reação produz uridilato (UMP). A exemplo do IMP na síntese de purinas, o UMP desempenha um papel central na síntese de pirimidinas. O próprio UMP é um componente nucleotídio do RNA e também o precursor comum dos componentes do RNA e DNA, ou seja, o citidilato (CMP), o desoxicitidilato (dCMP) e o desoxitimidilato (dTMP). O CTP é formado pela aminação do UTP.

Redução dos Ribonucleotídios e Síntese de Timidilato

Os ribonucleotídios ATP, GTP, UTP e CTP, que são necessários para a síntese de RNA, são organizados em um molde de DNA e ligados para formar o RNA. Alternativamente, os ribonucleotídios podem ser reduzidos na posição 2 da ribose, formando os desoxirribonucleotídios dATP, dGTP, dUTP e dCTP. A conversão dos ribonucleotídios em desoxirribonucleotídios é catalisada pela enzima ribonucleotídio redutase. (Na realidade, a ribonucleotídio redutase utiliza, como substratos, as formas de difosfato dos quatro ribonucleotídios, produzindo dADP, dGDP, dUDP e dCDP; entretanto, os nucleotídios podem sofrer rápida interconversão entre suas formas de monofosfato, difosfato e trifosfato.)

Nas Figs. 37. 2 a 37.4, observe que a ribonucleotídio redutase catalisa a formação dos precursores do DNA — dATP, dGTP e dCTP. Entretanto, o precursor do DNA dTTP não é sintetizado diretamente pela ribonucleotídio redutase. Com efeito, o dUMP precisa ser modificado para formar o dTMP. Conforme observado no Quadro 37.1, o dTMP é o produto de metilação do dUMP. A metilação de dUMP a dTMP é catalisada pela timidilato sintase, numa reação em que o metilenotetraidrofolato (MTHF) atua como doador do grupo metila (Fig. 37.4). Quando o MTHF doa o seu grupo metila, é oxidado a diidrofolato (DHF). O DHF deve ser reduzido a THF pela diidrofolato redutase (DHFR) e, a seguir, convertido em MTHF para atuar como co-fator em outro ciclo de síntese de dTMP. A inibição da DHFR impede a regeneração do tetraidrofolato e, portanto, inibe a conversão de dUMP em dTMP, resultando finalmente em níveis celulares insuficientes de dTMP para a replicação do DNA.

FolatoAminoácidos Síntese de purinasSíntese de pirimidinas

Ribonucleotídios Desoxirribonucleotídios

AminoácidosPRPP PRPP dAMP dGMP dTMPdUMP dCMP

Fig. 37.2 Síntese de nucleotídios. A síntese de purinas (à esquerda) começa com a formação de monofosfato de inosina (IMP) a partir de aminoácidos, fosforribosilpirofosfato (PRPP) e folato. O IMP sofre aminação a adenilato (AMP) ou oxidação a guanilato (GMP). Os ribonucleotídios AMP e GMP são reduzidos, com formação dos desoxirribonucleotídios, o monofosfato de desoxiadenosina (dAMP) e o monofosfato de desoxiguanosina (dGMP), respectivamente. (A conversão de ribonucleotídios em desoxirribonucleotídios ocorre, na verdade, em nível dos difosfatos e trifosfatos correspondentes, como, por exemplo, ADP → dADP e ATP → dATP.) A síntese de pirimidina (à direita) começa com a formação do orotato a partir do aspartato e carbamoil fosfato (ver Fig. 37.4). O orotato é ribosilado e descarboxilado a uridilato (UMP); a aminação do UMP produz o citidilato (CMP). (A conversão do UMP em CMP ocorre, na verdade, em nível dos trifosfatos correspondentes, isto é, UTP → CTP.) Os ribonucleotídios UMP e CMP são reduzidos para formar os desoxirribonucleotídios, o monofosfato de desoxiuridina (dUMP) e o monofosfato de desoxicitidina (dCMP). O dUMP é convertido em monofosfato de desoxitimidina (dTMP), numa reação que depende do folato. Em nível dos trifosfatos correspondentes (não indicados), os desoxirribonucleotídios são incorporados ao DNA, enquanto os ribonucleotídios são incorporados ao RNA (não indicado). Observe o papel central do folato como co-fator essencial na síntese de nucleotídios de purina e dTMP.

GMP XMP Adenilossuccinato

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