Alcuni ricercatori italiani e tedeschi, Maria Paola Costi e Glauco Ponterini dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia (UNIMORE), Stefano Mangani dell’Università di Siena (UNISI) e Rebecca Wade dell’Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS), hanno ideato una strategia diversa per l’inibizione della timidilato sintasi che impedisca l’insorgere della resistenza ai farmaci. Per questo hanno progettato dei peptidi, cioè dei composti costituiti da amminoacidi, che si legano in modo specifico all’interfaccia fra le due subunità della timidilato sintasi, un enzima costituito da due catene polipeptidiche identiche. Questi peptidi stabilizzano la forma inattiva dell’enzima impedendo il suo funzionamento ed, opportunamente veicolati all’interno della cellula, inibiscono la crescita di cellule tumorali, sia sensibili sia resistenti ai farmaci tradizionali.
Il valore scientifico dello studio sottolineato dal rilievo dato dalla rivista scientifica Proceedings of the National Academy of Sciences USA (PNAS) che ne ha pubblicato le risultanze nel suo ultimo numero in uscita in questi giorni ed ha come prima autrice una giovane ricercatrice che ha svolto il suo dottorato nei laboratori modenesi del Dipartimento di Scienze Farmaceutiche dell’Ateneo Emiliano, Daniela Cardinale, attualmente a Bordeaux in Francia per un periodo di post-dottorato.
Il tumore ovarico è il sesto più diffuso. Colpisce oltre 200.000 donne ogni anno nel mondo ed ha incidenza maggiore nei paesi industrializzati. E’ caratterizzato da alta mortalità a causa di una frequente diagnosi tardiva e del rapido sviluppo di resistenza ai farmaci. Alcuni farmaci antitumorali di importanza clinica, largamente impiegati nella chemioterapia, inibiscono l’enzima timidilato sintasi, tuttavia l’uso di questi farmaci è accompagnato dall’insorgenza di resistenza.
Nel corso del lavoro di ricerca, sono stati scoperti diversi peptidi che inibiscono la timidilato sintasi. Maria Paola Costi, coordinatotrice del progetto, spiega: “Questi peptidi hanno sequenze derivate dall’interfaccia fra le due subunità dell’enzima e lo inibiscono legandosi a questa stessa interfaccia, in un sito di legame allosterico (cioè diverso dal sito attivo della proteina) fino ad ora sconosciuto”. Integrando evidenze sperimentali – cinetiche, calorimetriche e spettroscopiche – con risultati computazionali e strutturali è stato possibile mostrare che il loro meccanismo di inibizione coinvolge la stabilizzazione di una forma inattiva dell’enzima e differisce da quelli di inibitori di sito attivo fino ad ora riportati.
Oltre ad inibire la timidilato sintasi all’interno delle cellule di tumore ovarico, questi peptidi inibiscono la crescita di queste ultime senza innescare l’aumento dei livelli di enzima, contrariamente ai farmaci attualmente utilizzati che hanno come bersaglio la timidilato sintasi. “Questa osservazione indica il valore potenziale di questi peptidi per il superamento dei problemi della farmacoresistenza, anche se i loro effetti a livello cellulare restano da esplorare più a fondo”, dice Rebecca Wade.
Il contributo dell’Università di Siena, dott.. ssa Cecilia Pozzi e prof. Stefano Mangani al progetto di ricerca è consistito nella determinazione della struttura tridimensionale del complesso fra l’enzima timidilato sintasi umana ed uno di questi peptidi (riportato in figura). L’importanza della struttura del complesso consiste nel fatto che questa non solo mostra come i peptidi inibiscono l’enzima, ma soprattutto fornisce la base per la progettazione di nuove molecole che siano in grado di inibire l’enzima mediante lo stesso meccanismo di azione e che siano dotate di proprietà chimiche e farmacologiche superiori. La struttura dell’enzima in complesso con un peptide è oggetto di un brevetto internazionale registrato dalle Università degli studi di Modena e Reggio Emilia e di Siena.
Gli sviluppi successivi, già in corso e supportati dalla Associazione Italiana per la ricerca sul Cancro (AIRC), consisteranno in un’ottimizzazione dei composti e nell’analisi dettagliata dei meccanismi d’azione nelle cellule ed in uno studio clinico pilota che coinvolge il centro oncologico (COM) dell’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia coordinato dal prof. PierFranco Conte.
Le scoperte di questo lavoro di ricerca, condotto nell’ambito del progetto LIGHTS (LIGands to interfere with human TS) finanziato nell’ambito del Sesto Programma Quadro (6FP) concluso nel 2010, un’iniziativa dell’Unione Europea per il sostegno e la promozione della ricerca e dello sviluppo tecnologico in Europa, possono aprire nuovi percorsi per lo sviluppo di farmaci per combattere malattie come il carcinoma ovarico.
L’articolo scientifico originale che riporta i risultati di questo studio è pubblicato sulla rivista scientifica Proceedings of the National Academy of Sciences USA:
Cardinale et al., Protein-protein interface-binding peptides inhibit the cancer therapy target human thymidylate synthase. PNAS (2011) 27 July 2011 (published online before print) , doi: 10.1073/pnas.1104829108
http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1104829108
MARIA PAOLA COSTI. Laureatasi in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche ed in Farmacia all’Università degli studi di Modena e Reggio Emilia, nel 1989 ha conseguito il Dottorato in Scienze del farmaco. Ricercatore presso lo stesso Ateneo dal 1990, attualmente è Ordinario in Chimica Farmaceutica nella Facoltà di Bioscienze e Biotecnologie. Ha svolto esperienze di ricerca all’Università di California San Francisco (UCSF) presso i laboratori del prof. D.V. Santi ed un periodo presso l’Università di Ferrara. Con l’università statunitense continua una collaborazione che la vede impegnata in studi con il prof. Stroud ed prof. Shoichet dal 1991. Collabora con numerose altre istituzioni sia nazionali che internazionali che hanno contribuito ad approfondire gli studi nella ricerca di nuovi inibitori enzimatici come farmaci. La principale esperienza è nell’ambito del metabolismo dei folati applicata a diversi organismi: umano (farmaci antitumorali) e agenti infettivi (farmaci antinfettivi). Nel campo degli antitumorali ha coordinato il progetto LIGHTS del 6FP fino al 2010 ed ora è responsabile di un progetto AIRC sugli sviluppi. E’ fondatrice e componente del scientific board del network europeo EUTROC per la ricerca traslazionale sul carcinoma ovarico (www.eutroc.org) e fa parte del MITO, network italiano sullo stesso tema. Autrice di oltre 70 pubblicazioni su riviste internazionali, ha svolto oltre 100 presentazioni a congressi. Coordina, tra l’altro, alcuni progetti internazionali in ambiti diversi da quello antitumorale.
