Targeting del sistema enzimatico dell'eme ossigenasi come nuovo approccio nella terapia antitumorale

The intrinsic complexity of the molecular mechanisms involved in tumor pathogenesis surely represents one of the main issues that contributes to the failure of common anticancer therapies. Current anticancer approaches are based on the application of different therapeutic protocols aimed at slowing down tumor growth and spread or at killing tumor cells. However, the polypharmacological approach usually applied, even if successful in some conditions, can give rise to cytotoxicity to healthy cells and trigger the appearance of chemoresistance phenomena. The modulation of the activity of biological targets specifically detectable in tumor cells could represent a valid approach for the definition of novel antitumor regimens. In this context, it has been discovered that beyond its physiological role, the inducible isoform of heme oxygenase (HO-1) contributes in the sustenance of a cytoprotective condition that is often exploited by cancer cells to survive and spread to healthy tissues. A wide plethora of studies proved that the specific inhibition of this enzyme is associated to reduced tumor growth and invasiveness, and it also contributes to reversal of chemoresistance. The present PhD thesis focuses on the design, synthesis and in vitro evaluation of novel classes of HO inhibitors with potential application in anticancer therapy. The research was carried out by the application of traditional and more innovative drug discovery approaches using as guidelines the information obtained by structure-activity relationship studies concerning HO inhibitors. In vitro enzymatic assays and biological studies led to the identification of potent compounds that could be used in the future for the design of selective inhibitors of HO-1 or HO-2, with the latter representing the constitutive enzymatic isoform. Finally, marked antiproliferative properties were discovered for a class of inhibitors charaterized by the presence of an acetamide function in the chemical structure of the molecule, with potential application for future in vivo studies.

La complessità intrinseca dei meccanismi molecolari coinvolti nell’insorgenza del tumore rappresenta uno dei principali problemi che contribuisce al fallimento delle comuni terapie antineoplastiche. Gli attuali regimi terapeutici si basano sull'applicazione di diversi protocolli volti a rallentare la crescita e la diffusione del tumore o ad uccidere le cellule cancerose. Tuttavia, l'approccio polifarmacologico solitamente utilizzato, sebbene efficace in alcune condizioni, può dar luogo a citotossicità nei confronti di cellule sane e innescare la comparsa di fenomeni di chemioresistenza. La modulazione dell'attività di bersagli biologici specificamente rilevabili nelle cellule tumorali potrebbe rappresentare un valido metodo per la definizione di nuovi regimi antitumorali. In questo contesto, è stato scoperto che, al di là del suo ruolo fisiologico, l'isoforma inducibile dell'eme ossigenasi (HO-1) contribuisce al mantenimento di una condizione citoprotettiva che è spesso sfruttata dalle cellule tumorali per sopravvivere e diffondersi ai tessuti sani. Un'ampia serie di studi ha dimostrato che l'inibizione specifica di questo enzima è associata a una ridotta crescita e invasività del tumore e contribuisce ad invertire i fenomeni di chemioresistenza. La presente tesi di dottorato si concentra sulla progettazione, sintesi e valutazione in vitro di nuove classi di inibitori di HO con potenziale applicazione nella terapia antitumorale. La ricerca è stata condotta mediante l'utilizzo di approcci tradizionali e più innovativi di drug discovery utilizzando come linee guida le informazioni ottenute da studi di correlazione struttura-attività riguardanti gli inibitori di HO. Saggi enzimatici e studi biologici in vitro hanno permesso l'identificazione di potenti derivati che potrebbero essere utilizzati in futuro per la progettazione di inibitori selettivi di HO-1 o HO-2, con quest'ultimo rappresentante l'isoforma enzimatica costitutiva. Infine, sono state riscontrate spiccate proprietà antiproliferative per una classe di inibitori caratterizzati dalla presenza di una funzione acetammidica nella struttura molecolare, potenzialmente utilizzabili per futuri studi in vivo.