Dalla relazione genotipo-fenotipo alla terapia farmacologica: Il

Facoltà di Farmacia
Dip. Farmaco-Biologico
Sezione di Farmacologia
Know-how della Facoltà di Farmacia dell’Università di Bari
Dalla relazione genotipo-fenotipo alla terapia farmacologica:
Il paradigma delle canalopatie
Jean-François Desaphy
Sezione di Farmacologia – Dipartimento Farmacobiologico
Facoltà di Farmacia
CANALI e TRASPORTI IONICI
CANALI IONICI
Na+ Cl-
Na+
145 mM
J-F Desaphy
TRASPORTATORI
K+
Na+
Ca2+
4 mM
K+
Na+
12 mM
Ca2+
ATP
155 mM
Ca2+
1.8 mM
Ca2+
0.1 µM
ATP
K+
Cl15 mM
NUCLEO
Cl150 mM
POMPE
Na+
K+
CELLULA
PROTEINE CANALI
Gating
Voltaggio
agonista diretto
stiramento
proteina G
Ioni calcio
Modulazione
Fosforilazione
Ossidazione
Citoscheletro
Stiramento
ATP
Ioni calcio
altri ioni
J-F Desaphy
Più di 400 geni codificano
per altrettanti canali
Porta di
attivazione
ione
K+
Na+
Ca2+
H+
non-selettivi
Cl-
S
E
N
S
O
R
E
Subunità
ausiliaria
Porta di
inattivazione
Siti di legame per piccole molecole
FUNZIONE DEI CANALI IONICI
5 sensi
J-F Desaphy
contrazione
neurotrasmissione
ion
S
E
N
S
O
R
Proliferazione cellulare
Differenziamento cellulare
risposta immunitaria
Secrezione ormonale
secrezione esocrina
CANALI IONICI e MALATTIE
Coinvolgimento
in patogenesi
aritmie cardiache
disordini psichici
disfunzioni cognitive
sensazione del dolore
ipertensione
patologie renali
diabete
cancro
Canalopatie primarie
Muscolo scheletrico
paralisi periodica
miotonia
miastenia
ipertermia maligna
malattia “central core”
Mutazioni nel gene CFTR
Difetti di un canale del cloro
Canalopatie secondarie
intossicazione
distrofia miotonica
malattie autoimmuni
iperalgesia
Aritmie cardiache
Sistema nervoso centrale
epilessia
atassia
emicrania
ipereplessia
1/2500 europei affetti
recessivo
1/20 portatori sani
J-F Desaphy
fibrosi cistica
Malattie renali
osteopetrosi
diabete
ipertensione
eritermalgia
SCID
Più di 60 geni mutati
Centinaia di mutazioni
CANALI IONICI e FARMACI
J-F Desaphy
~5% dei bersagli di farmaci sono canali ionici
Canali per il calcio
antiangina, anti-ipertensivi, antiaritmici, antiepilettici
Canali per il sodio
anestetici locali, antiaritmici, antiepilettici, anti-miotonici, diuretici
Canali per il cloro
antiepilettici, ansiolitici, ipnotici, anestetici generali, rilassanti muscolari
Canali per il potassio
antidiabetici, anti-ipertensivi, antiaritmici
CANALI IONICI e FARMACI
J-F Desaphy
Annual World Market Value (billion $)
8
ion channels
240
Total
48
cardiovascular
40
CNS
neuropathic pain
0.55
0
10
20
30
40
50
240
Recent FDA approved ion channel drugs
2001
Nateglinide (Starlix ®)
Non-SUR KATP channel opener
type II diabetes
2004
Ziconotide (Prialt®)
N-type Ca2+ channel blocker
Severe chronic pain
Pregabalin (Lyrica ®)
calcium channel α2δ subunit
neuropathic pain
Lubiprostone (AmitiziaTM)
ClC-2 channel blocker
chronic idiopathic constipation
2006
La Facoltà di Farmacia e le canalopatie
J-F Desaphy
Farmacologi con la collaborazione dei Chimici Farmaceutici
Canali del sodio
J-F. Desaphy
A. De Luca
M. De Bellis
T. Costanza
R. Carbonara
M. Dinardo
Canali del potassio
C. Franchini
G. Lentini
F. Corbo
A. Catalano
A. Carocci
Farmaci
D. Tricarico
A. Mele
GL. Cannone
G. Camerino
M. Dinardo
S. Calzolaro
F. Loiodice
G. Carbonara
G. Fracchiolla
A. Laghezza
P. Tortorella
Farmaco
Canali del cloro ClC-1
S. Pierno
J-F. Desaphy
A. Liantonio
M. De Bellis
G. Camerino
M. Dinardo
G. Gramegna
M. Cannone
F. Loiodice
G. Fracchiolla
A. Laghezzza
G. Carbonara
P. Tortorella
Canali del cloro ClC-K
A. Liantonio
G. Gramegna
A. Scaramuzzi
G. Camerino
M. Dinardo
F. Loiodice
G. Fracchiolla
A. Laghezza
P. Tortorella
G. Carbonara
Ruolo del Farmacologo
J-F Desaphy
Relazione genotipo/fenotipo
Alla ricerca di possibili bersagli per i farmaci
Farmaco
Alla ricerca del farmaco ideale
Ruolo del Farmacologo
J-F Desaphy
Relazione genotipo/fenotipo
1° esempio: le canalopatie da sodio muscolari
2° esempio: la paralisi periodica ipocalemica
Alla ricerca di possibili bersagli per i farmaci
Farmaco
Alla ricerca del farmaco ideale
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
+10
Canalopatie muscolari da sodio
30 ms, 0.1 Hz
-80
-120
R1448C
I
II
III
IV
+
+
+
+
+
+
+
+
Paramyotonia Congenita
out
recettore LA
in
COOH
G1306E
NH2
A1156T
Miotonia aggravata dal K+
Paralisi periodica ipercalemica
Desaphy et al., Neurology 2001
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
+10
Canalopatie muscolari da sodio
30 ms, 0.1 Hz
-80
-120
R1448C
I
II
III
IV
+
+
+
+
+
+
+
+
Paramyotonia Congenita
out
recettore LA
in
COOH
G1306E
NH2
A1156T
Miotonia aggravata dal K+
Paralisi periodica ipercalemica
Mutagenesi sito-diretta, espressione eterologa, patch-clamp
Desaphy et al., Neurology 2001
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
+10
Canalopatie muscolari da sodio
30 ms, 0.1 Hz
-80
-120
R1448C
I
II
III
IV
+
+
+
+
+
+
+
+
Paramyotonia Congenita
out
recettore LA
in
COOH
G1306E
NH2
A1156T
Miotonia aggravata dal K+
Paralisi periodica ipercalemica
Mutagenesi sito-diretta, espressione eterologa, patch-clamp
Farmaco
Farmaco
Farmaco
Desaphy et al., Neurology 2001
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
Paralisi Periodica Ipocalemica
genetica medica
mutazioni in Cav1.1, canali del Calcio
mutazioni in Nav1.4, canali del Sodio
mutagenesi
Colture cellulari
patch-clamp
Leggera perdita di funzione
?
ipocalemia
depolarizzazione di membrana
sensibilità all’insulina
fenomeni miopatici
PARALISI FLACCIDA
Tricarico & Conte Camerino, Front Pharmacol 2011
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
Paralisi Periodica Ipocalemica
genetica medica
?
mutazioni in Cav1.1, canali del Calcio
mutazioni in Nav1.4, canali del Sodio
ratto ipocalemico
biopsie muscolari di pazienti
patch-clamp
real-time PCR
mutagenesi
colture cellulari
patch-clamp
Tricarico et al.
leggera perdita di funzione
?
ridotta attività/espressione
dei canali KATP
ipocalemia
depolarizzazione di membrana
sensibilità all’insulina
fenomeni miopatici
PARALISI FLACCIDA
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
Paralisi periodica ipocalemica
genetica medica
?
mutazioni in Cav1.1, canali del Calcio
mutazioni in Nav1.4, canali del Sodio
Creazione di
correnti
anomale
(H+, Na+)
mutagenesi
colture cellulari
patch-clamp
leggera perdita di funzione
?
ratto ipocalemico
biopsie muscolari di pazienti
patch-clamp
real-time PCR
Tricarico et al.
ridotta attività/espressione
dei canali KATP
ipocalemia
depolarizzazione di membrana
sensibilità all’insulina
fenomeni miopatici
PARALISI FLACCIDA
Tricarico & Conte Camerino, Front Pharmacol 2011
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
Paralisi periodica ipocalemica
genetica medica
?
mutazioni in Cav1.1, canali del Calcio
mutazioni in Nav1.4, canali del Sodio Farmaco
Creazione di
correnti
anomale
(H+, Na+)
mutagenesi
colture cellulari
patch-clamp
leggera perdita di funzione
?
ratto ipocalemico
biopsie muscolari di pazienti
patch-clamp
real-time PCR
Farmaco
ridotta attività/espressione
dei canali KATP
ipocalemia
depolarizzazione di membrana
sensibilità all’insulina
fenomeni miopatici
PARALISI FLACCIDA
Tricarico & Conte Camerino, Front Pharmacol 2011
Relazione Genotipo-Fenotipo
J-F Desaphy
Paralisi periodica ipocalemica
genetica medica
?
mutazioni in Cav1.1, canali del Calcio
mutazioni in Nav1.4, canali del Sodio
Creazione di
correnti
anomale
(H+, Na+)
mutagenesi
colture cellulari
patch-clamp
leggera perdita di funzione
?
ratto ipocalemico
biopsie muscolari di pazienti
patch-clamp
real-time PCR
Tricarico et al.
ridotta attività/espressione
dei canali KATP
ACTZ
ipocalemia
depolarizzazione di membrana
sensibilità all’insulina
fenomeni miopatici
PARALISI FLACCIDA
apertura
canali BK
Tricarico & Conte Camerino, Front Pharmacol 2011
Ruolo del Farmacologo
J-F Desaphy
Relazione genotipo/fenotipo
Alla ricerca di possibili bersagli per i farmaci
Farmaco
Alla ricerca del farmaco ideale
Alla ricerca del farmaco ideale
Farmaco noto con meccanismo d’azione ignoto (uso empirico)
Meccanismo d’azione dell’acetazolamide nell’ipoPP
Farmaco noto con meccanismo d’azione noto
Nuovi farmaci nella terapia della miotonia
flecainide e propranolol
Farmaci mancanti
Nuovi ligandi per i canali al cloro
J-F Desaphy
Alla ricerca del farmaco ideale
Farmaco noto con meccanismo d’azione ignoto (uso empirico)
Meccanismo d’azione dell’acetazolamide nell’ipoPP
Farmaco noto con meccanismo d’azione noto
Nuovi farmaci nella terapia della miotonia
flecainide e propranolol
Farmaci mancanti
Nuovi ligandi per i canali al cloro
J-F Desaphy
Sindromi miotoniche
Paramiotonia congenita
Miotonia aggravata dal K+
J-F Desaphy
Miotonia congenita
Miotonia generalizzata
Nav1.4
ClC-1
sodio
Distrofia miotonica
cloro Miopatia miotonica prossimale
aumentata
attività
ridotta
attività
Ipereccitabilità del sarcolemma
Mexiletina Farmaco
Bloccante canali al sodio
SINDROMI
MIOTONICHE
Rigidità muscolare
Difficoltà al rilassamento
Antimiotonico mexiletina
J-F Desaphy
Mexiletina, bloccante canali al sodio
Farmaco antimiotonico di 1° scelta
Non tutti i pazienti rispondono
Trial clinico in corso
Possibili effetti collaterali
Ritiro dal mercato nel 2009 (eccetto Giappone)
I canali al sodio mutati sono sensibili alla mexiletina ?
Quali nuovi farmaci per la miotonia ?
J-F Desaphy
I canali al sodio mutati sono sensibili alla mexiletina ?
Dipendenza dal voltaggio
1.2
WT, n=38
G1306E, n=31
A1156T, n=21
R1448C, n=42
R1448C
Spostamento negativo
della curva
Normalized Current
1.0
0.8
0.6
G1306E
Spostamento positivo della curva
0.4
0.2
0.0
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
Prepulse Potential (mV)
Mexiletine
NH2
Flecainide
CF3
O
N
H
O
H
N
O
CF3
Desaphy et al., J Physiol 2004
J-F Desaphy
I canali al sodio mutati sono sensibili alla mexiletina ?
Dipendenza dal voltaggio
1.2
WT, n=38
G1306E, n=31
A1156T, n=21
R1448C, n=42
Normalized Current
1.0
R1448C
Spostamento negativo
della curva
Più sensibile alla
mexiletina e alla
flecainide
G1306E
Spostamento positivo della curva
0.8
0.6
Meno sensibile alla mexiletina
Più sensibile alla flecainide
0.4
0.2
0.0
-160
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
Prepulse Potential (mV)
Mexiletine
NH2
GE, 300 µM Mexiletine
GE, 100 µM Flecainide
O
10 Hz
10 Hz
O
Flecainide
CF3
N
H
0.1 Hz
H
N
O
0.3 Hz
CTRL
500 pA
500 pA
2 ms
CTRL
2 ms
CF3
Desaphy et al., J Physiol 2004
FARMACOGENETICA: medicina personalizzata
J-F Desaphy
Dipendenza dal voltaggio
R1448C
leftward shift
no shift
rightward shift
unknown
arg-1448-cys 35%
arg-1448-pro
arg-1448-his
arg-1448-ser
ile-693-thr
val-1293-ile
leu-266-val
thr-1313-met 45%
leu-1433-arg
phe-1473-ser
gly-1456-glu
val-1458-phe
ile-1160-val
ala-1156-thr
met-1592-val 32%
val-445-met
met-1360-val
ile-1495-phe
ser-804-phe
gly-1306-glu
gly-1306-val
gly-1306-ala
arg-1448-ser
thr-704-met
pro-1158-ser
G1306E
PMC
PAM
HPP
60%
Blocco normale
Blocco minore
Blocco maggiore
Mexiletine
NH2
O
Flecainide
CF3
O
N
H
H
N
O
CF3
Desaphy et al., J Physiol 2004
J-F Desaphy
Quali nuovi farmaci antimiotonici ?
Blocco dei canali Nav1.4 ?
Farmaco β-agonista
doping
SI
Farmaco β-agonista
anti-asmatico
No
Farmaci β-antagonisti
anti-aritmici
SI
No
Bloccante canali al sodio
anti-aritmico,
antimotonico
SI
Studi pre-clinici
J-F Desaphy
Tempo di raddrizzamento
e
n
i
t
e
l
i
x
e
m
l
o
l
o
n
a
p
o
r
p
l
o
r
e
t
u
b
n
e
l
c
CTRL
0.5 s
l
o
l
o
d
a
n
100
4s
% of TRR reduction
l
o
m
a
t
u
b
l
a
s
9AC ratto miotonico
80
60
40
20
9AC + farmaco antimiotonico
0
5
1s
15
40
[DRUG] (mg/kg)
il propranolol potrebbe rappresentare una valida alternativa alla mexiletina
nella terapia antimiotonica
Desaphy, Costanza, Gramegna & Conte Camerino, in preparation
Alla ricerca del farmaco ideale
Farmaco noto con meccanismo d’azione ignoto (uso empirico)
Meccanismo d’azione dell’acetazolamide nell’ipoPP
Farmaco noto con meccanismo d’azione noto
Nuovi farmaci nella terapia della miotonia
flecainide e propranolol
Farmaci mancanti
Nuovi ligandi per i canali del cloro
J-F Desaphy
Canali del cloro renali
J-F Desaphy
Proteinuria
(+ ipercalciuria,
nefrolitiasi,
nefrocalcinosi)
ridotta funzione
perdita di sali
Conte Camerino et al., Adv Genet 2008
Nuovi ligandi per i canali del cloro renali
Relazione struttura-attività
J-F Desaphy
Liantonio et al., PNAS USA 2008
Definizione dei farmacofori
J-F Desaphy
Liantonio et al., PNAS USA 2008
Modeling molecolare del recettore
view of candidate residues in bacterial
channel StCLC
J-F Desaphy
effect of NFA application on CLC-Ka
mutants
3
r (INFA/I0) at 60mV
“L151”
2
1
“L155”
Ka
“G345”
“A349”
Ka
-L
15
1A
Ka
-L1
55
A
Ka
-G
34
5S
Ka
-A
34
9E
0
IDENTIFICATION OF THE PUTATIVE ACTIVATING BINDING SITE
Zifarelli et al., Br J Pharmacol 2010
Test pre-clinici
J-F Desaphy
Effetto diuretico in vivo di bloccanti dei canali ClC-K
*
Urine flow (µl h-1 100g-1)
1600
1400
*
1200
1000
*
800
*
*
600
*
*
*
50
100
400
200
0
Vehicle
10
50
100
Furosemide
10
50
MT-189
100
10
mg/Kg
RT-93
Dose-response to benzofuran derivatives or furosemide in rats. Effects on
urine flow. * Significantly different with respect to Vehicle for p<0.05
Liantonio et al., J Hypertension submitted
Conclusioni
J-F Desaphy
L’impegno del Farmacologo nelle malattie rare
elaborare solide basi scientifiche per trial clinici
esplicitare i test pre-clinici di efficacia e di tossicità
studiare la farmacogenetica
inventare nuovi farmaci (in collaborazione con i chimici farmaceutici)
individuare nuovi farmaci efficaci pronti all’uso
delucidare il meccanismo d’azione di farmaci empirici
individuare nuovi possibili bersagli per farmaci
Trovare il
farmaco ideale
Studiare la relazione
genotipo/fenotipo
Ringraziamenti
J-F Desaphy
Sezione di Farmacologia
Dottorandi
Post-doc
Diana CONTE
Annamaria DE LUCA
Marcello LOGRANO
Domenico TRICARICO
Jean-François DESAPHY
Sabata PIERNO
Antonella LIANTONIO
Michela DE BELLIS
Antonietta MELE
Giulia CAMERINO
Chimica farmaceutica
Facoltà di Farmacia
Bari
Carlo Franchini
Fulvio Loiodice
Giovanni Lentini
Filomena Corbo
Giuseppe Carbonara
Alessia Catalano
Alessia Carrocci
Giuseppe Fracchiolla
Antonio Laghezza …
Anna COZZOLI
Marilena DINARDO
Sara ROMANO
Teresa COSTANZA
Roberta CAPOGROSSO
Valeria SBLENDORIO
Gianluca GRAMEGNA
Gianluigi CANNONE
Roberta CARBONARA
Antonella SCARAMUZZI
Maria CANNONE
Sara CALZOLARO
Collaborazioni esterne
Alfred L. George, USA
Frank Lehmann-Horn, Germania
Bertrand Fontaine, Francia
Ramone Latorre, Cile
Patrick Delmas, Francia
Michael Pusch, Genova
Mauro Lomonaco, Roma
Giovani Meola, Milano
Pharmaceutical
I ndustries
FINE
Commenti
J-F Desaphy
I canali e trasportatori ionici sono delle proteine presenti nelle membrane delle cellule che
permettono il passaggio selettivo di ioni e controllano l’omeostasi cellulare.
Questi ioni partecipano a molte se non tutte le funzioni cellulari
Più di 400 geni sono stati identificati nel genoma umano che codificano per le subunità dei
canali ionici. Questi canali sono diversi per la specie ionica che permea, per i meccanismi
di apertura/chiusura del canale, per la loro modulazione da parte di segnali fisici e
biochimici, per la loro sensibilità alle tossine e farmaci.
Questi canali sono espressi nell’intero organismo e sono coinvolti in tutti i processi
fisiologici, compreso i sensi, la neurotrasmissione, la contrazione muscolare, la
secrezione degli ormoni, la secrezione esocrina, la risposta immunitaria, il ciclo cellulare,
la proliferazione e il differenziamento cellulare.
Commenti
J-F Desaphy
Non è quindi sorprendente che I canali ionici contribuiscano all’insorgenza di un numero
elevato di malattie debilitanti o letali, che includono le aritmie cardiache, l’ipertensione, le
malattie renali, il diabete, il dolore cronico, i disordini cognitivi e psichici, o ancora la
progressione del cancro.
Le canalopatie primarie sono le malattie che originano da mutazioni nei geni codificanti
per i canali ionici.
Queste malattie sono rare con un incidenza che varia, dal caso pressoché unico ad 1 caso
su 2500 europei come per la fibrosi cistica dovuta a mutazioni in un canale del cloro.
Nell’insieme, le canalopatie includono più di 60 malattie e diverse centinaia di mutazioni.
Sono malattie rare monogeniche, ma il loro studio negli anni recenti ha significativamente
contribuito alla comprensione di molte malattie multifattoriali.
Visto il loro coinvolgimento in molte malattie, i canali ionici costituiscono degli importanti
bersagli per l’azione dei farmaci. Sono noti farmaci che agiscono sui canali del calcio, del
sodio, del potassio, e del cloro.
Tuttavia si ritiene oggi che i canali ionici rimangono una classe di bersagli sotto-sfruttata
dall’industria farmaceutica.
Rappresentano solo il 5% dei bersagli di farmaci in commercio, per un valore di mercato
stimato a 8 miliardi di dollari.
Cioè molto meno di altri classi di proteine
Commenti
J-F Desaphy
Quali sono i compiti del farmacologo ?
Studiare la relazione tra genotipo e fenotipo per …
… Individuare possibili bersagli per i farmaci e …
… Trovare il farmaco ideale
Il primo esempio riguarda le canalopatie muscolari da sodio. Mutazioni nel gene che
codifica per il canale del sodio del muscolo scheletrico sono responsabili di una serie di
malattie caratterizzate da momenti di paralisi flaccida (paralisi ipercaliemica) o di rigidità
muscolare (miotonia).
Mediante tecnologie avanzate, abbiamo studiato in vitro l’effetto di 3 mutazioni, e abbiamo
potuto correlare l’insorgenza di paralisi ad una corrente al sodio persistente e la miotonia
al rallentamento del decadimento delle correnti al sodio.
Tali difetti biofisici diventano quindi dei possibili bersagli per l’azione di farmaci efficaci
contro la paralisi o contro la miotonia.
Commenti
J-F Desaphy
Il secondo esempio riguarda la paralisi periodica ipocaliemica.
Studi di genetica medica hanno correlato questa malattia a mutazioni nei geni codificanti
per i canali del sodio o canali del calcio muscolari.
Studi in vitro hanno evidenziato una riduzione della funzione di questi canali dovuta alle
mutazioni, ma questi effetti non spiegavano i sintomi della patologia.
In parallelo, il collega Tricarico ha dimostrato che nelle biopsie umane o di ratti resi
ipocaliemici, che l’attività e l’espressione di una classe particolare di canali del potassio
(canali KATP) erano ridotti in seguito alla malattia, contribuendo alla manifestazione dei
sintomi.
Solo recentemente, il legame tra le mutazioni in canali del sodio/calcio e l’alterata
funzionalità dei canali KATP è stato identificato nell’insorgenza di correnti anomale
attraverso i canali mutati che secondariamente modificano l’attività dei canali KATP.
A dimostrazione dell’importanza dei canali KATP nell’insorgenza della malattia, è stato
anche dimostrato, sempre dal nostro team, che l’acetazolamide, un farmaco utilizzato
empiricamente dai pazienti, è in grado di aumentare l’attività di altri canali del potassio, i
cosiddetti canali BK, la cui attivazione è in grado di compensare la ridotta attività dei
canali KATP.
Commenti
J-F Desaphy
Quindi una volta definita la relazione genotipo/fenotipo, il farmacologo si impegna a
trovare il farmaco ideale per curare la malattia rara in attesa di una terapia genica efficace
ed applicabile.
Il farmacologo deve definire il meccanismo d’azione dei farmaci usati in modo empirico.
L’esempio dell’acetazolamide è stato appena illustrato
Il farmacologo può cercare nuovi farmaci con meccanismi d’azione noti per la cura delle
malattie rare.
Il farmacologo, con l’aiuto dei chimici farmaceutici può inventare nuovi farmaci in grado di
colpire i canali ionici, ove essi mancano.
Commenti
J-F Desaphy
Prendiamo di nuovo l’esempio delle miotonie, malattie caratterizzate da rigidità muscolare
che complicano la normale funzionalità dei muscoli scheletrici.
Ci sono miotonie da sodio, dovute a mutazioni nel gene del canale del sodio, e miotonie
da cloro, dovute a mutazioni nel gene del canale del cloro.
Il guadagno funzionale dell’uno o la ridotta funzionalità dell’altro inducono
l’ipereccitabilità muscolare che produce i sintomi clinici della malattia.
Quindi, oggi si cerca di opporsi all’ipereccitabilità utilizzando un farmaco bloccante dei
canali del sodio, la mexiletina.
La mexiletina è il farmaco di prima scelta nel trattamento delle miotonie, con alcuni limiti
importanti: non tutti i pazienti rispondono alla mexiletina; il farmaco può provocare effetti
avversi che ne limita l’uso; la mexiletina è oggi difficile da reperire perché ritirata dal
mercato all’eccezione del Giappone.
Ci siamo quindi posti due domande: 1) i canali del sodio mutati sono sensibili alla
mexiletina ? 2) ci sono altri farmaci potenzialmente utili nel trattamento della miotonia ?
Commenti
J-F Desaphy
Per rispondere alla prima domanda, abbiamo studiato nel dettaglio gli effetti delle
mutazioni sulla funzione del canale.
Abbiamo osservato che due mutazioni provocando miotonia possono alterare in modo
opposto la dipendenza dal voltaggio, e abbiamo saggiato due farmaci: la mexiletina ed un
altro bloccante dei canale del sodio, la flecainide.
Il canale mutato con una voltaggio-dipendenza più negativa è molto sensibile a entrambi i
farmaci, ed i pazienti portatori di quella mutazione rispondono bene alla mexiletina.
Il canale mutato con una voltaggio-dipendenza più positiva sono meno sensibili alla
mexiletina, e i pazienti traggono in effetti meno beneficio dal farmaco. Invece, per le sue
specifiche proprietà, la flecainide è ancora molto efficace su questo canale mutato.
Sulla base di questi risultati, abbiamo dunque definito un meccanismo farmacogenetico,
cioè una risposta diversa all’azione dei farmaci in funzione della mutazione.
E’ questo il presupposto per una medicina personalizzata, che già ha riscontrato un certo
successo nell’ambito del trattamento delle miotonie da sodio.
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J-F Desaphy
Per la seconda domanda, cioè se ci sono farmaci disponibili potenzialmente utili nel
trattamento della miotonia, siamo partiti da un risultato ottenuto qualche anno fa nel
nostro laboratorio che dimostrava che alcuni farmaci noti come ligandi dei recettori per
l’adrenalina erano anche potenti bloccanti dei canali del sodio alla pari della mexiletina.
Abbiamo quindi recentemente sviluppato, anche su richiesta di ditte farmaceutiche, un
modello in vivo di miotonia, per potere esplicitare dei test preclinici di efficacia.
Se si gira un ratto sul dorso, l’animale metterà meno di un secondo per raggirarsi su se
stesso.
Se si somministra un bloccante dei canali del cloro muscolari, si ricrea la condizione di
miotonia da cloro, e l’animale impiegherà circa 4 secondi per rimettersi sulle 4 zampe.
Il tempo di raddrizzamento dipenderà quindi dell’effetto antimiotonico del farmaco
saggiato.
E abbiamo così confermato in vivo l’effetto antimiotonico del propranololo, che
suggeriamo poter essere utilizzato quindi dai pazienti.
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J-F Desaphy
Finisco con un ultimo esempio per illustrare la ricerca di nuovi farmaci in grado di
modulare la funzione dei canali ionici, dato che i ligandi altamente selettivi mancano.
E’ l’esempio dei canali del cloro della famiglia ClC espressi specificamente nei reni.
Questi canali sono fondamentali per il riassorbimento dei sali presenti nelle urine e quindi
per la regolazione della diuresi.
Mutazioni che riducono la funzionalità di questi canali sono responsabili di malattie rare
con conseguenze molto gravi, che comportano la perdita di sali, di proteine, la formazione
di calcoli renali, o ancora l’ipertensione.
Purtroppo oggi, non esiste una terapia chiaramente efficace per trattare queste malattie,
nè esistono ligandi altamente selettivi per i canali ClC in grado di opporsi agli effetti delle
mutazioni.
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J-F Desaphy
Nei nostri laboratori, e’ stato osservato che farmaci antiinfiammatori come i fenamati sono
in grado di legarsi ai canali ClC-K, e uno studio condotto in collaborazione con i chimici
farmaceutici della Facoltà ha permesso di studiare la relazione struttura-attività e definire
quindi i farmacofori, cioè le proprietà chimiche fondamentali per ottenere ligandi
altamente selettivi.
E’ stato poi identificato il sito di legame di queste molecole nei canali ClC-K.
Tutti questi studi serviranno quindi ad inventare nuove molecole sempre più potenti e
selettive.
A conferma dell’interesse di tali ligandi per i canali del cloro renali, un test preclinico è
stato condotto per valutare l’effetto diuretico di bloccanti dei canali ClC renali, che hanno
mostrato una attività diuretica paragonabile ad un diuretico noto ed ampiamente usato
come la furosemide.
In conclusione, l’impegno, gli sforzi del farmacologo nelle malattie rare sono indirizzati
alla ricerca di nuovi possibili bersagli per l’azione di farmaci …