Sistema Renina-Angiotensina Successione complessa di eventi in grado di controllare il volume del sangue, il bilancio elettrolitico e la pressione arteriosa. Due enzimi principali - renina e l’enzima di conversione dell’angiotensina (ACE) – catalizzano la formazione dell’angiotensina II dal suo precursore endogeno, l’angiotensinogeno. Angiotensina II è un potente vasocostrittore, che agisce sulla resistenza periferica dei vasi, sulla funzione renale e sulla struttura cardiovascolare. I sistemi renina-angiotensina e callicreina-chinina Angiotensinogeno Chininogeno Renina Callicreina Angiotensina I ( 10 aa) Bradichinina ( 9 aa, vasodilat) Enzima di conversione Angiotensina II ( 8 aa) Eptapeptide inattivo ACE catalizza due reazioni che giocano un importante ruolo nella regolazione della pressione arteriosa: (1) conversione di angiotensina I (decapeptide inattivo) in angiotensina II (potente ottapeptide vasocostrittore); (2) inattivazione del nonapeptide bradichinina (potente vasodilatatore). Ormoni - corticosteroidi, ormoni tiroidei e la stessa angiotensina II - stimolano la sintesi di angiotensinogeno. La parte più importante di questa globulina è quella N-terminale (Leu10-Val11 è il legame scisso dalla renina). 452 aa, 58000-61000 D; abbondante nel plasma, continuamente sintetizzato e secreto dal fegato Angiotensinogeno (a2-globulina) Inibitori della renina Blocco liberazione della renina Renina (aspartil-proteasi) Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe-His-Leu Angiotensina I ACE (Zn-proteasi) Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe Inibitori ACE Angiotensina II Antagonisti AT1 Interferenza con la renina Inibitori della liberazione di renina: -Bloccanti Inibitori della renina: Peptidi che incorporano nel sito di idrolisi unità non idrolizzabili R H2N F COOH H2N OH Statina F COOH NH2 H2N OH O Difluorostatone Diamminoalcoli La renina è molto più specifica dell’ACE; scinde il legame Leu10-Val11 dell’angiotensinogeno. Alcuni peptidomimetici sono stati esclusi dalla sperimentazione clinica per varie motivazioni. ALISKIREN (Tekturna, Rasilez) Co-sviluppato da Novartis-Speedel; approvato da FDA (2007) per il trattamento dell’ipertensione primaria Disponibile anche in associazione con idroclortiazide Effetti avversi: angioedema, iperkaliemia (particolarmente in associazione con inibitori ACE in pazienti diabetici), ipotensione; diarrea e altri sintomi GI; rash, gotta, calcoli renali. Raramente: allergie, difficoltà respiratorie. Controindicazioni: gravidanza, conc. nel latte (studi animali). Interazioni: furosemide (riduzione conc. plasmatica); atorvastatina (aumento conc. plasmatica); ciclosporina. Cautela nella somministrazione con inibitori moderati di P-gp (chetoconazolo, itraconazolo, eritromicina, amiodarone) REMIKIREN (Hoffmann-La Roche, 1996)) 6 ACE (Angiotensin Converting Enzyme) • Zn-proteasi. Dipeptidil-carbossipeptidasi non specifica. • Il primo inibitore sviluppato fu il teprotide, un nonapeptide avente la stessa sequenza di alcuni peptidi isolati dal veleno di Bothropos jacaraca, una vipera brasiliana. pGlu-Trp-Pro-Arg-Pro-Glu-Ile-Pro-Pro-OH • Similarità con la carbossipeptidasi A bovina (R&D Squibb). La sola caratteristica necessaria per l’azione dell’ACE è che il penultimo amminoacido non deve essere Pro. • Catalizza l’inattivazione per idrolisi della bradichinina (9aa), potente vasodilatatore, a peptidi inattivi. La bradichinina agisce localmente producendo, oltre che vasodilatazione, incremento della permeabilità vascolare e stimolo della sintesi di prostaglandine. Meccanismo di idrolisi catalizzata da Zn-proteasi P1 N H H N O 2+ Zn O H O P1 H N O N H -O O P ' 1 H 2+ Zn O H O Glu P1' H O O Glu P1 N H O OH H2N O P1' 2+ Zn O O Glu Modelli di interazione enzima substrato Carbossipeptidasi A La carbossipeptidasi A pancreatica è un’esopeptidasi contenente zinco ACE ACE-inibitori contenenti gruppi –SH (captopril) OH N O COOH O Succinil-L-Pro Acido D-2benzilsuccinico Effetti collaterali: eritemi della pelle, disturbi del gusto OH CH3 CH3 HS N O O COOH D-2-Metilsuccinil-L-Pro N O HS COOH N O COOH 3-Mercaptopropionil-L-Pro Captopril (IC50 = 200 nM) (IC50 = 1.7 nM) carboxypeptidase A carboxypeptidase A Zn++ O Zn++ O- H2C HN H2C O O N R O H O O inhibitor substrate non-scissile bond scissile bond angiotensin-converting enzyme (ACE) angiotensin-converting enzyme (ACE) Zn++ Zn++ H O O- R2 N N N O N O R3 H R2 O O O O O inhibitors substrate scissile bond S- R2 R1 O Inibitori di metallo proteasi: gruppi leganti lo zinco O SH O P O OH OH O N H OH N O H Inibitori ACE EtOOC HS N O N N H COOH Captopril (Acepress, Capoten) O COOH Enalapril (Enapren, Naprilene) NH2 EtOOC HOOC N H N N H COOH O Lisinopril (Alapril, Zestril) N O COOH Ramipril (Quark, Triatec, Unipril) EtOOC N P O O O O COOH N N H N O COOH O Fosinopril (Eliten, Fosipress) Cilazapril (Inibace, Initiss) ACE-inibitori contenenti gruppi –COOH (enalapril) (Ki = 0.2 nM) Nonostante l’eccellente attività e.v. l’enalaprilato presenta scarsa biodisponibilità orale. L’esterificazione ad enalapril migliora la biodisponibilità per os. epatiche ACE-inibitori contenenti gruppi –PO2(fosinopril) Bioattivato dalla parete intestinale e dal fegato Fosinoprilato Fosinopril Captopril < Fosinoprilato < Enalaprilato Tasca idrofobica Relazioni struttura-attività ACE-inibitori Gruppi leganti lo Zn2+ (CH2)n Gruppi leganti Zn2+ O COOH N-anello HS X A N H B OH P O C • L’anello azotato deve contenere un COOH per mimare il C-terminale del substrato dell’ACE • Anelli eterociclici idrofobici sull’anello azotato incrementano la potenza e modulano la farmacocinetica • Gruppi –SH mostrano la migliore affinità per Zn (il gruppo fenil-alchilico nei carbossilati e nei fosfinati compensa la minore affinità dei gruppi Zn-leganti) • Composti contenenti gruppi -SH producono incidenza di esantemi della pelle e disturbi del gusto • Composti contenenti gruppi -SH possono formare disolfuri che abbreviano la durata d’azione Gruppi leganti lo Zn2+ (CH2)n Gruppi leganti Zn2+ O COOH N-anello HS X A N H B OH P O C • Sia i carbossilati che i fosfinati, legandosi allo Zn, mimano lo stato di transizione dell’idrolisi dei peptidi • L’esterificazione dei carbossilati o dei fosfinati produce profarmaci biodisponibili per os • X di norma è un Me (mima la catena laterale Ala). Nella serie dei carbossilati, quando X = n-butilammina (catena laterale della Lys) si ottiene un composto attivo per os (pur non essendo un profarmaco) • Attività ottimale quando la stereochimica degli inibitori è compatibile con quella degli L-aa ACE inibitori Usi terapeutici Effetti collaterali Ipertensione Ipotensione, iperkaliemia, tosse (conseguenza dell’aumentata conc. di bradichinina e PG), esantemi maculopapulari (tipici con i derivati – SH), disturbi del gusto, mal di testa, vertigini, affaticamento, nausea, vomito, diarrea, insufficienza renale acuta, neutropenia, proteinuria, angioedema Insufficienza cardiaca congestizia (CHF) Disfunzione o ipertrofia ventricolare Infarto miocardico acuto Nefropatie da diabete Associazioni ACE-inibitori/diuretici: idroclortiazide associata a benazepril, captopril, enalapril, lisinopril ACE-inibitori/calcio-bloccanti: benazepril/amlodipina; enalapril/felodipina; enalapril/diltiazem Analoghi di angiotensina II Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe Angiotensina II (8 a.a.) Tyr, Pro e Phe sono importanti per l’attività pressoria Angiotensinamide: agonista Asn-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe Saralasina: antagonista ipotensivo e diagnostico Sar-Arg-Val-Tyr-Val-His-Pro-Ile RECETTORI DELL’ANGIOTENSINA II Sottotipi Localizzazione AT1 AT2 Funzione Cervello, tessuti neuronale, epatico, miocardio Mediano gli effetti cardiovascolari, renali e sul SNC dell’angiotensina II (non ben caratterizzata) Proposti quali mediatori di processi di crescita, differenziazione e sviluppo Antagonisti del recettore dell’Angiotensina II (AT1) Peptidomimetici. Farmaci anti-ipertensivi (lunga durata d’azione). Rispetto agli inibitori ACE, non provocano tosse, ma sono privi di effetti cardio- e nefroprotettivi. Cl OH N HN N N HN N N N O N N N N Losartan (Lortaan,Cozaar) Irbesartan (Aprovel, Karvea) N HN N N N O N N N RO C N O O Candesartan R=H Candesartan Cilexetil R= cicloesil carbossietil (profarmaco) N HO Telmisartan (Micardis) Due brevetti (1982) descrissero l’effetto anti-ipertensivo di una serie di analoghi dell’acido 5imidazolilacetico Sviluppo del Losartan Cl N S-8308 O O N (IC50 = 15 M) NO2 N O N O H N H3N O H N N H O O O N H H N O N O O HN NH H N N Cl O OH O HN N N N OH H2N NH2 Angiotensina II Losartan (IC50 = 0.019 M) Metabolismo del losartan N N N Cl OH Cl N CYP2C9 OH O HN N N N Losartan CYP3A4 HN N N N EXP-3174 Antagonista non-competitivo di AT1; 10-40 volte più potente del losartan La totalità degli effetti cardiovascolari è dovuta agli effetti combinati del farmaco parente e del metabolita attivo, per cui losartan non deve essere considerato profarmaco. Struttura generale analoghi N N R Tetrazolo più lipofilo di COOH; maggiore distribuzione di carica rispetto al carbossile. Gruppo acido -COOH HN N N N HOOC pKa ≈ 6 (90% ionizzato a pH fisiol.) pKa = 3-4 Analoghi del losartan Azilsartan Candesartan e telmisartan sono due derivati benzimidazolici con migliori proprietà idrofobiche e maggiore potenza Antagonisti del recettore dell’angiotensina II Applicazioni terpeutiche Trattamento dell’ipertensione, da soli o in associazione Usi non approvati: insufficienza cardiaca, nefropatie diabetica Associazioni Losartan/idroclortiazide Irbesartan/idroclortiazide Effetti collaterali Mal di testa, vertigini, affaticamento, ipotensione, ipokaliemia, disturbi gastrointestinali, infezioni del tratto respiratorio superiore, mialgie, ecc. Assenza di tosse secca e angioedemi (caratteristici degli ACEinibitori); nessuna interferenza con i livelli di bradichinina e prostaglandine. Ormoni del Timo Ghiandola del sistema immunitario; situata nella parte superiore del torace dietro lo sterno. Formato da due lobi che si uniscono davanti alla trachea. Si atrofizza nell’età adulta. Funzione: trasforma i linfociti in linfociti T, i quali svolgono un ruolo importante nelle difese dell’organismo contro virus e microrganismi infettivi Ormoni del timo Timopoietina (49 aa) Ser-Gln-Phe-Leu-Glu-Asp-Pro-Ser-Val-Leu-Thr-Lys-Glu-Lys-LeuLys-Ser-Glu-Leu-Val-Ala-Asn-Asn-Val-Thr-Leu-Pro-Ala-Gly-GluGln-Arg-Lys-Asp-Val-Tyr-Val-Gln-Leu-Tyr-Leu-Gln-Thr-Leu-ThrAla-Val-Lys-Arg-COOH Timopentina (sequenza sintetica 32-36 della timopoietina Arg-Lys-Asp-Val-Tyr Attività: inducono la differenziazione Protimocita Timocita Uso: nella cura delle immunodeficienze primitive (aplasia timica congenita – deficit di cellule T) e secondarie con compromissione della immunità cellulo-mediata (malattie da virus: herpes simplex, varicella, epatite cronica attiva); tumori: melanoma, linfogranuloma maligno (Morbo di Hodgkin). Estratti timici Timostimolina Complesso di polipeptidi estratti da timo bovino. Stimola e regola la risposta immunitaria cellulo-mediata, inducendo maturazione e immunocompetenza dei linfociti T. Usi: come Timopoietina e Timopentina Timomodulina Complesso di polipeptidi, ottenuti da lisato parziale acido di Timo di vitello. Attività immunomodulatrice e mielomodulatrice, azione radioprotettiva, protegge il midollo osseo dal danno da radiazioni conservandone la funzionalità (leucopoiesi, eritropoiesi). Usi: Leucopenie primarie e secondarie a uso di farmaci, processi patologici, irradiazione. Stimolazione della risposta immunitaria in soggetti anziani, immunodepressi, in malattie infettive. Farmaci immunomodulatori Pipotimod (Polimod, Pigitil) S O N N H O COOH Immunostimolante, utile nella immunodeficienza cellulo-mediata. Attiva i linfocici T tramite IL-2 e i macrofagi per chemiotassi. Interleuchine Fattori solubili, liberati dai macrofagi, attivano le cellule T, inducendole a secernere una serie di altri fattori solubili (linfochine), che stimolano tipi linfocitari diversi. Farmaci immunosoppressori Ciclosporina (Sandimmun, Sandimmun Neoral) Ciclo-endecapeptide estratto da un microrganismo. Prevalenza di amminoacidi N-metilati (pochi legami idrogeno) Sar-(Me)Leu-Val-(Me)Leu-Ala-D-Ala-(Me)Leu-(Me)Leu-(Me)Val-MAHMOA-ABA CH3 CH2 CH3 H HO CH3 HN C CH H H2N C ABA Ac. 2-ammino-butanoico CH2 CH CH COOH CH3 CH COOH MAHMOA Ac.2-metilammino-3idrossi-4-metil-6-E-ottenoico Ciclosporina Attività immunosoppressiva: inibisce l’immunità cellulo mediata (per blocco delle interleuchine), senza influenzare eritropoiesi e fagocitosi. Usi: Antirigetto nei trapianti d’organo e di midollo osseo. Utile anche nella GVHD (Guest Versus Host Disease) (malattia dovuta al rigetto da parte dell’organo trapiantato verso l’ospite). Farmaci immunosoppressori TACROLIMUS (Prograf) Struttura aza-macrolidica; isolato da HO Streptomices tsukubaensis. Inibisce entrambi i tipi di risposta CH3O OH immunitaria, cellulare e umorale; come la ciclosporina si lega alle immunofiline. O Attività simile alla ciclosporina, ma più Farmaco immunosoppressore usato O N potente e con minori effetti collaterali. O O O OH O come antirigetto nel trapianto di organi. Potenzialmente utile in malattie autoimmuni (sclerosi multipla, psoriasi, artrite reumatoide, etc.). CH3O OCH3 Farmaci immunosoppressori 42 SIROLIMUS (rapamicin) H Aza-macrolide (C24NO); isolato da O Simile a tacrolimus. C H3 N Inibitore dell’ mTOR (mammalian target of rapamycyn) OCH3 H H streptomices hygroscopicus. C H3 O OH O OH O H O O C H3 OH C H3 C H3 O C H3 O C H3 O C H3 C H3 EVEROLIMUS 42-O-(2-hydroxyethyl) derivato del Sirolimus Everolimus (Afinitor) for treatment of benign brain tumors associated with a rare genetic condition, called subependymal giant cell astrocytoma (SEGA). FDA approval for advanced pancreatic neuroendocrine tumors, along with Sunitinib 35 In 2012 EMEA approved its use in combination with exemestane for advanced breast cancer Farmaci immunosoppressori GUSPERIMUS N H H O OH N N N H H H H N O N N H H H Si usa la forma racemica Farmaco immunosoppressore, derivato sintetico della SPERGUALINA (antibiotico antitumorale prodotto da Bacillus lateosporus). Inibisce entrambe la risposta immunitaria cellulare ed umorale. Usato nella terapia antirigetto nei trapianti d’organo. Utile anche nelle malattie autoimmuni (SM, LES, DM, Artrite reumatoide, ecc.). Altri ormoni proteici e peptidici Fattori di rilascio (reline, liberine) dell’ormone della crescita Somatorelina (GHRH, SRH, SHRH,) Somatoliberina umana: 44 amminoacidi E’ stata isolata dal pancreas (isole di Langherans) Cura del nanismo (stesso uso del GH) Sermorelina Analogo di GHRH (sequenza 1-29) (Geref); gruppo carbossilico terminale sotto forma di ammide. Diagnostico della funzione ipofisaria nel nanismo. Fattori inibitori del rilascio (statine) dell’ormone della crescita Somatostatina (GHRIF) Tetradecapeptide (Modustatin, Stilamin): Ala-Gly-Cys-Lys-Asn-Phe-Phe S Trp S Lys Cys-Ser-Thr-Phe-Thr Molto instabile, ha una emivita di 4 minuti. Inibisce la liberazione dell’ormone della crescita (GH,STH) e la produzione di altri ormoni (Gastrina, Secretina, Insulina, Glucagone, Colecistochinina-pancreozimina), essendo presente anche nello stomaco, nell’intestino e nel pancreas. Di conseguenza, riduce la motilità intestinale, il flusso ematico splancnico e le secrezioni esterne gastrica e pancreatica. Uso: come acetato per infusione endovena (flebo) nelle emorragie gastrointestinali, nella chetoacidosi diabetica, negli interventi chirurgici sul pancreas, nella radiodiagnostica dell’apparato digerente. ANALOGHI della SOMATOSTATINA Somatostatina Pasireotide Il Pareotide è un analogo della somatostatina . Blocca i recettori della somatostatina in particolare il sottotipo 5 inibendo la secrezione della corticotropina dall’ ipofisi E’ utilizzato in pazienti con il morbo di Cushing's disease (alti livelli di cortisolo) 40 Fattori inibitori del rilascio (statine) dell’ormone della crescita Octreotide Analogo di GHRIF, sequenza parziale (Sandostatina, Samilstin) Phe-Cys-Phe HO HO S Trp S Lys HN-Cys-Thr Uso: antiulcera, emostasi gastrica, terapia di tumori endocrini, antimotilità intestinale, acromegalia (come preventivo). Gastrina e pentagastrina GASTRINA SO3H PiroGlu-Gly-Pro-Trp-Met-Glu-Glu-Glu-Glu-Glu-Ala-TyrGly-Trp-Met-Asp-PheNH2 Eptadecapeptide, isolato dalla mucosa gastrica prepilorica (proprietà acide). Viene prodotta in seguito alla stimolazione colinergica e all’introduzione di cibo. Stimola la produzione di HCl, pepsina e la secrezione pancreatica L’attività risiede nelle sequenza C-terminale (4 a.a.) PENTAGASTRINA (sintetica) BOC--Ala-Trp-Met-Asp-PheNH2 La sequenza C-terminale è identica a quella della Colecistochinina (33 a.a.) Ormoni della mucosa duodenale: Secretina His-Ser-Asp-Gly-Thr-Phe-Thr-Ser-Gly-Leu-Ser-Arg-Leu-Arg-AspSer-Ala-Arg-Leu-Gln-Arg-Leu-Leu-Gln-Gly-Leu-ValNH2 Icosieptapeptide con notevole analogia di sequenza con il glucagone. Gli amminoacidi n° 1-2-4-5-6-7-8-11-15-16-18-20-24-26 sono gli stessi presenti nel glucagone. Nessun frammento della molecola ne conserva l’attività. Si inattiva anche togliendo solo la istidina ammino-terminale. Analogia anche con GH (STH). È la sostanza per la quale è stato coniato il termine ORMONE (1902). La sua produzione è stimolata dall’ambiente acido nel duodeno. Stimola la secrezione di succo pancreatico alcalino. Ormoni della mucosa duodenale: Colecistochinina - pancreozimina Lys-Ala-Pro-Ser-Gly-Arg-Val-Ser-Met-Ile-Lys-Asn-Leu-Gln-Ser-Leu-AspPro-Ser-His-Arg-Ile-Ser-Asp-Arg-Asp-Tyr-Met-Gly-Trp-Met-Asp-PheNH2 SO3H Sequenza peptidica di 33 amminoacidi I 5 amminoacidi C-terminali sono gli stessi della gastrina. L’attività è ancora presente nell’eptapeptide C-terminale (non nel pentapeptide). Particolarmente importante è il gruppo Tyr-SO3H e la sua posizione, diversa da quella nella gastrina. Come la gastrina, questo ormone viene liberato in seguito alla stimolazione colinergica e all’introduzione di cibo. E’ presente anche nel sistema nervoso, dove agisce bloccando l’assunzione del cibo. Provoca la contrazione della cistifellea con espulsione della bile. Stimola la secrezione del succo pancreatico ricco di enzimi. DIA ADDIZIONALI 45 Analogie strutturali tra alcuni ormoni ipofisari Le strutture primarie (sequenze di amminoacidi) di TSHa FSHa e LHa sono identiche (96 a.a.). Le due sub. b sono completamente differenti. Glicoproteine % di carboidrati Due subunità TSH 2,5 TSHa TSH = = FSH 8,9 FSHa FSH LH (ICSH) 20 = LHa = LH Analogie strutturali tra alcuni ormoni ipofisari L’STH (somatotropina) e l’LTH (prolattina, LMTH, ormone luteomammotropo) sono molto difficili da separare; la sequenza 1-31 di STH e la sequenza 10-40 di LTH presentano analogia. Peso molecolare N° amminoacidi STH 21500 191 LTH 23000 200 Possiedono proprietà immunologiche simili; l’STH possiede debole attività prolattinica. ACTH bovino ACTH suino ACTH umano ACTH ovino Leu Ser . Ala . Glu . Lys . Lys . . Asp . . Glu . . Gly . . . . . . . Pro Ser Tyr . . . . . . . Tyr Ser . . . . . . . Arg Met . . . . . . . Met Glu . . . . . . . Glu His . . . . . . . His Phe . . . . . . . Phe Arg . . . . . . . Arg Trp . . . . . . . Trp Gly . . . . . . . Gly Lys . . . . . . . Ser Pro . . . . . . . Pro Val . . . . . . . Pro . . Lys Gly . . . . . . . . . . Asp Lys Lys . . . . Arg . . . . Arg . . . . Pro . . . . Val . . . . Lys . . . . Val . . . . Tyr . . . . Pro . . . . Ala . . . . Gly . . . . Glu . . . . Asp . . . . Asp . . . . Glu . . . . Ala . . . . Ser . . . . Gln . . . . Ala . . . . Phe . . . . Pro . . . . Leu . . . . Glu . . . . Phe . . . . Analogie strutturali tra alcuni ormoni ipofisari MSH umano MSH bovino a MSH bovino Tutti gli ACTH possiedono anche attività melanotropica. Sequenze sintetiche che possiedono attività ACTH: - Tetracosactride (sequenza 1-24 di ACTH) - 17,18-Diornitin-tetracosactride - 17,18-Dilisin-ottadecactride (sequenza 1-18) - Tosactide (sequenza 1-28 di ACTH umana – tetracetato) Sequenze sintetiche che possiedono attività MSH: - Sequenze 1-8 di a-MSH (2500 volte meno attivo) - Sequenze 6-10 di a-MSH (His-Phe-Arg-Trp-Gly) (106 volte meno attivo)