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Revista: Epigenética


Fármacos epigenéticos

De entre todas las dianas terapéuticas epigenéticas, las desacetilasas de histonas y las metiltransferasas del DNA son por el momento las más avanzadas en lo que se refiere al desarrollo de nuevos fármacos. Otros candidatos dirigidos a inhibir acetiltransferasas de histonas se encuentran en fases clínicas. Los inhibidores sintéticos de metiltransferasas de histonas y de desmetilasas de histonas producidos hasta la fecha no han superado aún las fases preclínicas.

  • Fernando P. Cossío

  • Departamento de Química Orgánica I / Kimica Organiko I Saila Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea (UPV/EHU) San Sebastián / Donostia

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os fenómenos epigenéticos pueden definirse como cambios en el fenotipo que son heredables pero que no implican ninguna mutación en el DNA.1 A escala molecular, estos cambios suponen la creación o supresión de enlaces covalentes en los nucleosomas, que son los constituyentes de la cromatina, el conjunto formado tras las uniones supramoleculares entre el DNA y las histonas. En el caso del DNA, la modificación epigenética fundamental es la metilación de la citosina en unidades CpG acumuladas, comúnmente llamadas islas CpG, que suelen tener una longitud de 0,5-4 kb. En lo que respecta a las histonas, las modificaciones covalentes más importantes son la acetilación, la metilación, la fosforilación, la ribosilación, la sumoilación, la ubiquitinación, la carbonilación y la glicosilación2de aminoácidos con residuos próticos tales como la serina, la treonina, el ácido glutámico, la glutamina, la arginina y, sobre todo, la lisina. Estos cambios son discretos (interruptores ON-OFF) y determinan el estado de la cromatina de cara a procesos clave tales como la transcripción, la replicación y la reparación del DNA.3 Dado que los patrones epigenéticos se mantienen tras la mitosis (un proceso que también se ha denominado memoria celular), los fenómenos epigenéticos vinculados a estados aberrantes de la cromatina desempeñan un papel fundamental en la génesis, desarrollo y metástasis del cáncer.4,5 Ello a su vez hace que los enzimas epigenéticos hayan emergido como dianas terapéuticas de gran interés en oncología.6

En la figura 1 se recogen los procesos epigenéticos más importantes en biomedicina, así como los inhibidores de enzimas epigenéticos que se encuentran en fases más avanzadas en el desarrollo de fármacos.

Figura 1. Procesos epigenéticos sobre histonas (A) y DNA (B). Principales enzimas epigenéticos vinculados a la: acetilación (HAT), desacetilación (HDAC), metilación (DNMT) de residuos de citosina en posición 5´ con respecto a residuos de guanina (CpG). Las dianas terapéuticas para las que se han desarrollado fármacos epigenéticos están marcadas en verde, salmón y azul si para ellas hay fármacos en uso clínico, en ensayos clínicos y en fase preclínica, respectivamente.

En la actualidad, las dianas más avanzadas en este campo son las desacetilasas de histonas (HDAC, de Histone DeACetylases, fig. 1A) y las metiltransferasas de DNA (DNMT, de DNA Methyl Transferases, fig. 1B), para las que ya hay fármacos aprobados por las agencias reguladoras y están, por tanto, en uso clínico. Además, hay en la actualidad diversos inhibidores de HDAC y de DNMT en ensayos clínicos que incluyen terapias combinadas. Las restantes dianas de la figura 1A, es decir, las acetiltransferasas de histonas (HAT, de Histone Acetyl Transferases), las metiltransferasas de histonas (HMT, de Histone Methyl Transferases) y las desmetilasas de histonas (HD, de Histone Demethylases) se encuentran en estadios menos avanzados que van desde los desarrollos preclínicos a las fases clínicas. Hay que señalar asimismo que estos inhibidores están siendo estudiados en campos como la psiquiatría (esquizofrenia, depresión unipolar),7 los estudios sobre el envejecimiento8,9 o el tratamiento del sida.10 Por consiguiente, es posible que en los próximos años el uso de los fármacos epigenéticos se extienda a diversos ámbitos de la biomedicina.

Fármacos inhibidores de desacetilasas de histonas

Como se ha indicado, HDAC es, al menos por el momento, la diana epigenética más avanzada en cuanto al desarrollo de inhibidores (HDACi).11 En la actualidad se conocen 11 tipos de HDAC, agrupados en: clase I (HDAC1-3,8), clase IIa (HDAC4-9), clase IIb (HDAC6,10), y clase IV (HDAC11). La clase III es diferente al estar constituida por HDAC dependientes de NAD (sirtuinas, SIRT1-7). En cuanto a los HDACi de clase I, II y IV, se han desarrollado diversas familias de moléculas que son paninhibidores12 o inhibidores selectivos frente a diferentes clases e isoformas.13 Dado que los miembros de las clases I, II y IV presentan un canal para acomodar los residuos de lisina Ne-acetilados y un catión Zn2+ en el centro activo para promover la reacción de hidrólisis, estos inhibidores se caracterizan por poseer en un extremo una parte cíclica que habitualmente es un heterociclo14 o un depsipéptido (estos sistemas cíclicos son responsables, en su caso, de la selectividad), unida a un brazo lineal (alifático, insaturado o aromático) que a su vez incorpora en el otro extremo un grupo funcional capaz de interaccionar con el catión metálico.

Los grupos más frecuentemente utilizados para este fin son el carboxilato, el hidroxamato, el sulfuro (a veces como disulfuro en su forma precursora) y el benzamido.15 Es interesante señalar que recientemente se han publicado los primeros HDACi que no poseen el grupo quelante,16 por lo que el campo para el diseño de nuevos inhibidores de esta diana es más amplio de lo que se pensaba.

En la figura 2 se recogen los inhibidores de HDAC de clases I, II y IV que han sido aprobados para uso clínico o se encuentran en fases clínicas.17 En el grupo de los ácidos carboxílicos y sus sales se encuentran inhibidores relativamente primitivos como los ácidos valproico y g-fenilbutírico. También se incluye aquí el pivanex, que es un anhídrido mixto precursor del ácido butírico. Todos ellos se encuentran en fases 1 y 2, en muchos casos en terapias combinadas con inhibidores de DNMT tales como azacitidina (véase más adelante).

Figura 2. Inhibidores de HDAC de clases I, II y IV que se encuentran en uso clínico (enmarcados en verde, con la fecha de aprobación y el uso) o en ensayos clínicos. Los grupos o ciclos de cierre, los grupos quelantes (A: carboxilo o carboxilato; B: hidroxamato o ácido hidroxámico; C: benzamida y D: tiol o sulfuro) y los brazos separadores entre ambos están marcados en nego, rojo y azul, respectivamente.

En el apartado de los ácidos hidroxámicos se encuentra el vorinostat (SAHA), que fue aprobado por la Food and Drug Administration estadounidense (FDA) en 2006 para el tratamiento del linfoma cutáneo de células T (CTCL, de Cutaneous T-Cell Lymphoma). Desde entonces, este fármaco está en fases 1 y 2 (tanto en monoterapia como en terapia combinada, en particular con gemcitabina y el inhibidor proteosómico bortezomib) en múltiples tipos de cáncer, que abarcan el tratamiento de muchos tipos de tumores líquidos y sólidos. Un análogo quiral de SAHA como es el tefinostat (CHR-3996) está asimismo en fase 1 para el tratamiento de enfermedades hematológicas.

Dentro de los ácidos hidroxámicos se pueden distinguir distintos grupos separadores entre el grupo quelante y el grupo o ciclo exterior. Así, podemos destacar derivados del ácido benzoico como son givinostat (ITF2357), mocetinostat (MGCD0103) y entinostat (MS-275); derivados del ácido cinámico como panobinostat (LBH589), belinostat (PXD101) y pracinostat (SB939) y, por último, dos derivados del ácido pirimidín-5-carboxílico: el CHR-3996 y el quisinostat (SB939). Todos estos inhibidores están en fases 1 y 2 para el tratamiento de linfomas, diversos tipos de leucemias y tumores sólidos.17

En el campo de las benzamidas, dos HDACi se encuentran en fases 1 y 2 para el tratamiento de melanoma, mieloma, leucemias, linfomas de tipo Hodgkin y no-Hodgkin, intestino delgado y cáncer colorrectal, entre otros.17 Estos inhibidores son mocetinistat (MGCD01013) y entinostat (MS-275), ambos derivados del ácido benzoico en lo que al grupo separador se refiere.

Si se considera el grupo tiol o sulfuro como grupo de unión al catión Zn2+ del centro activo de las HDAC de tipo I, II y IV, hay por el momento un solo representante, un depsipéptido bicíclico que se administra por vía intravenosa como disulfuro, que es reducido in vivo a dos grupos tiol o sulfuro. Este inhibidor es romidepsín, también conocido como istodax o FK228. Hay que destacar que romidepsín fue aprobado por la FDA en 2009 para el tratamiento de CTCL (el mismo tipo de tumor cutáneo para el que fue probado vorinostat tres años antes). Asimismo, está en fases clínicas 1 y 2 como monoterapia o en terapia combinada para el tratamiento de los tipos de cáncer estudiados con los otros inhibidores, a los que hay que añadir otros órganos como páncreas, peritoneo, vejiga, riñón y esófago, entre otros.17

En cuanto a inhibidores (o activadores) de sirtuinas, los estudios preclínicos y clínicos han sido objeto de controversia7 debido a efectos indirectos y dificultades con los ensayos in Vitro e in vivo. Así, polifenoles que actúan como activadores de SIRT1 tales como la quercetina, y moléculas sintéticas como SRT1720, SRT2183 o SRT1460 generaron muchas expectativas que fueron posteriormente cuestionadas. No obstante, en la actualidad prosiguen los ensayos en quimioprevención7 y en oncología17 con el resveratrol, otra fitoalexina natural de naturaleza polifenólica capaz de activar SirT1 (fig. 3A).

Fármacos inhibidores de acetiltransferasas de histonas

Dado que la disfunción de enzimas implicados en la acetilación de histonas ha resultado ser de importancia en diversas enfermedades tales como el cáncer, el asma y la hipertrofia cardíaca,17se han desarrollado algunos inhibidores de HAT, tales como el ácido anacárdico, el garcinol y, entre otros derivados, la benzamida sintética CTPB. Pese a los resultados prometedores obtenidos en algunos casos, ninguno de estos compuestos ha alcanzado las fases clínicas. En la actualidad, el único inhibidor de HAT en fases 1-4 es el colorante natural curcumina, que existe en un equilibrio cetoenólico en estado sólido y en disolución, en el que predomina la forma enólica (fig. 3B).

Fármacos inhibidores de metiltransferasas de histonas

Las metiltransferasas de histonas pueden metilar residuos de lisina y de arginina, siendo estas transformaciones epigenéticas de la mayor importancia en procesos vinculados a la expresión génica, por lo que su potencial terapéutico es evidente. Sin embargo, el hecho de coexistir varios niveles de metilación y de que la carga positiva permanezca en los residuos mono o polisustituidos, hace que la elucidación del efecto del grado de metilación sobre la función y la estructura de la cromatina sea difícil de establecer. Quizás esta sea la razón por la que ninguno de los inhibidores de metiltransferasas de arginina (AMI-5) o de lisina (chaetocin, bix-01338) desarrollados hasta la fecha han alcanzado los ensayos clínicos, al haberse detectado problemas de selectividad y toxicidad.

Fármacos inhibidores de desmetilasas de histonas

La problemática y el potencial de esta diana epigenética son similares a los del caso anterior. Hay dos tipos de desmetilasas de histonas: la desmetilasa 1 específica de lisina (LSD1, deLysine-Specific Demetylase 1), dependiente de flavina, y las que contienen dominios Jumonji (JmjC), cuyo ciclo catalítico transcurre a través de intermedios de tipo ferrilo (Fe=O). Los avances sobre el mecanismo de reacción y la estructura de desmetilasas de histonas de tipo JmjC han llevado al desarrollo de inhibidores muy prometedores.18 Sin embargo, ninguno ha superado por el momento la fase preclínica.

Fármacos inhibidores de metiltransferasas de DNA

Por el momento se han identificado tres tipos de metiltransferasas de DNA: dos metiltransferasas de novo (DNMT3A y DNMT3B) y una metiltransferasa de «mantenimiento» (DNMT1). Esta última ha sido la que ha mostrado mayor potencial terapéutico y hasta la fecha se han desarrollado dos tipos de inhibidores: los análogos de nucleósidos y los inhibidores no covalentes. Los del segundo tipo han sido objeto de diversos estudios. Entre ellos destacan el polifenol EGCG (que alcanzó la fase 1), la procainamida y la hidrazalina. El problema de estos compuestos es que requieren altas concentraciones para producir un efecto terapéuticamente útil, lo que ha dado lugar a problemas de toxicidad.

El detallado conocimiento del mecanismo19 de metilación catalizado por DNMT1, y el gran desarrollo alcanzado en química médica en nucleósidos modificados hace que estos hayan llegado mucho más lejos en sus aplicaciones terapéuticas como DNMTi. Tanto azacitidina (Vidaza®) como decitabina (Dacogen®) presentan bases de tipo 1,3,5-triazina en lugar de pirimidina (fig. 3C), estando el tercer átomo de nitrógeno heterocíclico precisamente en el lugar de metilación de los residuos de citosina, lo que conduce a un bloqueo irreversible de DNMT1.15Ambos inhibidores fueron aprobados en 2004 y 2006, respectivamente, por la FDA para el tratamiento de síndromes mielodisplásticos (MDS, de MyeloDysplastic Síndromes).

Figura 3. Activadores de SirT1 (A), inhibidores de HAT (B) e inhibidores de DNMT (C) que se encuentran en uso clínico (enmarcados en verde, con la fecha de aprobación y el uso) o en ensayos clínicos

Posteriormente, en 2008 y 2012, la Agencia Europea de Medicamentos (EMA) autorizó el uso de azacitidina y decitabina para el tratamiento de la leucemia mieloide aguda (AML, de Acute Myelocytic Leukaemia). En el caso de azacitidina, la EMA también autorizó en 2008 su uso para el tratamiento de la leucemia mielomonocítica crónica (CMML, de Chronic MyeloMonocytic Leukaemia).

Además de estos usos ya aprobados, en la actualidad hay en marcha diversos estudios en fases 1-3 contra una enorme variedad de tipos de cáncer (vejiga, melanoma, intestinal, linfomas, esófago, pulmón, etc.), en muchos casos en combinación con inhibidores de HDAC.

Conclusiones

En los últimos años se han producido desarrollos espectaculares en el conocimiento de los principales fenómenos epigenéticos más relevantes en biomedicina y, a escala molecular, en la estructura y el mecanismo catalítico de los enzimas principales que los regulan. Como consecuencia de ello, se han desarrollado diversos fármacos epigenéticos. Así, en la actualidad hay cuatro entidades químicas aprobadas para su uso terapéutico en oncología, dos HDACi y dos DNMTi. Sin embargo, el desarrollo de nuevos fármacos susceptibles de administración oral, aplicables a un mayor número de tumores (en particular a tumores sólidos) y/o con menor toxicidad (en particular, con nula genotoxicidad) constituye un reto importante tanto para la academia como para la crisis de innovación que sufre la industria farmacéutica.

 

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