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Nel “core” delle leucemie: come metabolismo e struttura dettano legge mano nella mano

La leucemia è un gruppo di tumori del sangue che si traduce in quantità eccessive di globuli bianchi. Esistono sia forme croniche di leucemia che progrediscono lentamente nel corso di molti anni sia tipi acuti di leucemia che evolvono rapidamente. La leucemia mieloide acuta (LMA), una delle forme più comuni di cancro del sangue, colpisce più di 20.000 persone negli Stati Uniti ogni anno e il tasso di mortalità è elevato soprattutto nei pazienti più anziani. Uno dei farmaci più comuni per il trattamento dell’AML è la citarabina (ara-C), un farmaco citotossico che interferisce con la replicazione del DNA. Tuttavia, molti pazienti non rispondono perché le loro cellule leucemiche esprimono alti livelli dell’enzima SAMHD1, che scompone il metabolita attivo della citarabina, ara-CTP. Questi pazienti hanno un tasso di sopravvivenza significativamente peggiore rispetto ai pazienti con bassi livelli leucemici di SAMHD1. Pertanto, una strategia promettente per migliorare il trattamento della LMA consiste nell’inibire gli effetti di questo enzima sulla citarabina. Ma un farmaco comune e poco costoso può essere utilizzato per contrastare la resistenza al trattamento nei pazienti con LMA. Questa è la conclusione di uno studio su topi e cellule del sangue umano condotto presso il Karolinska Institutet e SciLifeLab e pubblicato su EMBO Molecular Medicine.

In questo studio, i ricercatori hanno testato l’impatto di oltre 33.000 sostanze diverse sulla capacità di SAMHD1 di scomporre l’ara-CTP nelle cellule leucemiche trattate con citarabina. L’esperimento ha portato all’identificazione di tre diverse sostanze, i cosiddetti inibitori della ribonucleotide reduttasi (RNRi), che hanno ridotto la capacità di SAMHD1 di disattivare l’ara-CTP: idrossiurea, gemcitabina e triapina. L’idrossiurea è un farmaco poco costoso utilizzato per il trattamento di malattie del sangue come l’AML e l’anemia falciforme. Tuttavia, non è stato sistematicamente utilizzato in combinazione con citarabina. La gemcitabina è un potente farmaco usato per trattare molti diversi tipi di cancro, ma può essere tossico se somministrato ripetutamente. La triapina è un farmaco attualmente in fase di studi clinici per il trattamento del cancro, dal cancro della vescica all’utero fino ad alcune neoplasie del sangue. Negli studi sugli animali, le terapie di combinazione non hanno mostrato effetti collaterali in eccesso oltre a quelli già stabiliti nei trattamenti con citarabina. I ricercatori sono stati anche in grado di mostrare come gli inibitori dell’RNR hanno influenzato meccanicamente i livelli di SAMHD1. Questi farmaci modificano la composizione intracellulare dei deossinucleotidi (dNTP), che sono elementi costitutivi degli acidi nucleici.

Poiché SAMHD1 necessita di dNTP per attivare la sua attività enzimatica, ciò abroga efficacemente la sua capacità di abbattere l’ara-CTP. Il gruppo di ricerca sta ora progettando di andare avanti con uno studio clinico che valuterà l’effetto della combinazione del trattamento AML standard con l’idrossiurea in pazienti con diagnosi di recente. Tuttavia, una percentuale significativa di tumori del sangue sia negli adulti che nei bambini rimane resistente agli attuali trattamenti e porta alla morte. Un’altra vulnerabilità scoperta in alcuni sottotipi di leucemia potrebbe essere sfruttata: l’asse metionina-SAM. La metilazione è un interruttore molecolare per proteine ​​e acidi nucleici e molte metil-transferasi cellulari modificano continuamente le proteine ​​cellulari per raggiungere l’omeostasi. La stabilità del DNA è raggiunta anche da eventi di metilazione: non solo il DNA stesso ma gli stessi istoni centrali vengono metilati per controllare la stabilità genetica e l’espressione. Questi fenomeni sembrano particolarmente vulnerabili nelle leucemie linfoidi acute (LLA) e mieloidi (LMA), in particolare i sottotipi portatori del riarrangiamento del gene MLL1, che rappresentano il 70-80% delle leucemie infantili e hanno una prognosi molto sfavorevole.

In questi casi, colpire il metabolismo della metionina non solo esaurirebbe i gruppi metilici per la metilazione dell’istone (DOT1L e KAT3 sono le metiltransferasi più coinvolte), ma interferirebbe anche con il cross-talk SAM-folato necessario per la sintesi della base del DNA. È importante sottolineare che il rapporto intracellulare di SAM: SAH determina il potenziale di metilazione complessivo della cellula e i livelli di SAM devono essere mantenuti in eccesso sufficiente rispetto a SAH affinché le reazioni di metilazione procedano. La metilazione della citosina sul DNA controlla attivamente l’espressione genica e nelle cellule cancerose il concetto generale ammette che si ottiene una demetilazione genica più ampia per consentire l’espressione del gene precedentemente silenziato, che potrebbe controbattere alla trasformazione neoplastica. Una volta che il metabolismo della SAM è compromesso, l’accumulo di prodotti biosintetici a valle come l’SAH inibisce le reazioni di metilazione cellulare, inclusa la metilazione epigenetica del DNA o degli istoni. Inoltre, la SAM funge anche da unica fonte della frazione propilammina richiesta per la biosintesi della poliammina. Queste molecole sono assolutamente necessarie per la sintesi del DNA controllando enzimi (tRNA sintetasi, DNA polimerasi) e le protein chinasi (ad esempio caseina chinasi II) tutti coinvolti nella replicazione cellulare.

D’altra parte, i team di Buffalo e Sydney hanno aperto una nuova opportunità di trattamento per i pazienti con tumori del sangue attualmente incurabili introducendo un nuovo farmaco candidato che si è dimostrato altamente efficace nei modelli preclinici. Il candidato al farmaco clinico, etichettato come OT-82, trae vantaggio dalla scoperta di una dipendenza estremamente elevata delle neoplasie del midollo sanguigno da livelli elevati di nicotinamide dinucleotide (NAD), un cofattore essenziale di molteplici vie metaboliche e cellulari da stress. OT-82 inibisce uno dei principali enzimi responsabili della produzione e del salvataggio di NAD nelle cellule tumorali, chiamato NAMPT. Inoltre, il NAD è il cofattore per le sitruine (SIRT), una classe di enzimi coinvolti nell’ulteriore regolazione del metabolismo energetico, ma è anche il cofattore per CtBP1. Questa curiosa proteina nucleare è un co-repressore per la trascrizione genica, ma è anche un enzima oltre ad avere affinità per il NAD ridotto (NADH). Una volta legato al NADH, subisce un cambiamento conformazionale che gli consente di dimerizzare e associarsi con le sue proteine ​​partner e silenziare geni specifici. Non casualmente, CtBP1 è un partner di AML1/MDS1/EVI1, una chimera proteica responsabile dell’AML e di altre sindromi mielodisplastiche.

Un’altra modalità per colpire il nucleo nucleometabolico delle cellule leucemiche sarebbe interferire con la sintesi della pirimidina. Gli inibitori della diidro-orotato deidrogenasi (DHODH), l’ultimo passaggio enzimatico per la produzione di uracili, sono stati sviluppati e hanno mostrato azioni antibatteriche (contro il Plasmodium malarico) e immunosoppressori (ad esempio leflunomide). Gli scienziati del Centro Ospedaliero Universitario di Zagabria, Croazia, pensano che la sospensione della pirimidina potrebbe essere una strategia conveniente per uccidere le cellule leucemiche. Hanno impiegato AICAR, uno degli intermedi nella catena biosintetica della pirimidina, per indurre l’esaurimento di queste basi. La successiva risposta cellulare è stata l’attivazione del checkpoint della chinasi ATR / Ckh1, una via di segnalazione attivata dalle radiazioni ionizzanti. Pertanto, questa strategia innescherebbe l’inizio di un’irradiazione esterna “fantasma” che è tipicamente associata a un arresto della replicazione del DNA. Inoltre, AICAR è un attivatore endogeno di AMPK, una proteina chinasi che imita la fame cellulare ed è dotata di capacità di soppressore del tumore. Gli scienziati hanno scoperto che AICAR era in grado di innescare la differenziazione in campioni di blasti di midollo osseo coltivati ​​ex vivo che erano resistenti all’acido retinoico (ATRA).

  • Questi effetti sono stati ricapitolati da brequinar, un noto inibitore della DHODH. La differenziazione indotta da AICAR è correlata alla proliferazione e alla sensibilità all’inibizione del DHODH e può rappresentare una semplice strategia per ottenere la cancellazione delle cellule staminali leucemiche, sfruttando il loro alto tasso nucleo-metabolico. Nel complesso, la comprensione ulteriore dei profili metabolici dei cloni leucemici, dei loro sottotipi e geno/metabotipi, potrebbe portare allo sviluppo di terapie personalizzate che inducono la remissione tanto necessarie per i pazienti.

A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
- Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998 (MD Degree in 1998) - Specialista in Biochimica Clinica nel 2002 (Clinical Biochemistry residency in 2002) - Dottorato in Neurobiologia nel 2006 (Neurobiology PhD in 2006) - Ha soggiornato negli Stati Uniti, Baltimora (MD) come ricercatore alle dipendenze del National Institute on Drug Abuse (NIDA/NIH) e poi alla Johns Hopkins University, dal 2004 al 2008. - Dal 2009 si occupa di Medicina personalizzata. - Guardia medica presso strutture private dal 2010 - Detentore di un brevetto sulla preparazione di prodotti gluten-free a partire da regolare farina di frumento immunologicamente neutralizzata (owner of a patent concerning the production of bakery gluten-free products, starting from regular wheat flour). - Responsabile del reparto Ricerca e Sviluppo per la società CoFood s.r.l. (leader of the R&D for the partnership CoFood s.r.l.) - Autore di un libro riguardante la salute e l'alimentazione, con approfondimenti su come questa condizioni tutti i sistemi corporei. - Autore di articoli su informazione medica, salute e benessere sui siti web salutesicilia.com e medicomunicare.it

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