Топотекан: исследование механизма воздействия при синдроме Ангельмана и раке.

Введение

Химическое соединение

Топотекан, продаваемый под торговой маркой Hycamtin и другими, — это химиотерапевтический препарат, являющийся ингибитором топоизомеразы. Это синтетический, водорастворимый аналог природного химического соединения камптотецина. Он используется в форме гидрохлорида для лечения рака яичников, рака легких и других видов рака. После получения компанией GlaxoSmithKline окончательного одобрения FDA на топотекан 15 октября 2007 года, он стал первым ингибитором топоизомеразы I для перорального применения.

Применение

Рак яичников (FDA май 1996 г.). Рак шейки матки (FDA июнь 2006 г.). Мелкоклеточный рак легкого (МКРЛ) (FDA октябрь 2007 г.).

Экспериментальное использование

По состоянию на 2016 год велись эксперименты по нейробластоме, глиоме ствола мозга, саркоме Юинга и синдрому Ангельмана. Помимо этого, топотекан экспериментально применялся для лечения немелкоклеточного рака легкого, колоректального рака, рака молочной железы, неходжкинской лимфомы, рака эндометрия и олигодендроглиомы.

Синдром Ангельмана

Синдром Ангельмана – это нейрогенетическое расстройство, характеризующееся выраженными задержками развития, судорогами, нарушениями речи и физическими отклонениями. Это эпигенетическое заболевание, и существующие методы лечения направлены на купирование симптомов. Оно вызвано делецией или мутацией материнского аллеля гена белковой лигазы убиквитина E3A. UBE3A экспрессируется в большинстве тканей организма, однако в нейронах экспрессируется только материнская копия гена. UBE3A локализован на 15-й хромосоме, а отцовская копия гена подвержена генетическому импринтингу и подавляется антисмысловой РНК-транскрипцией. Центр контроля материнской копии гена метилирован, что подавляет транскрипцию в антисмысловом направлении, в то время как центр контроля отцовской копии не метилирован. Лечение заключается в активации отцовского аллеля, позволяя нормальному отцовскому аллелю UBE3A транскрибироваться. UBE3A, при нормальной функции, присоединяет цепи убиквитина к белкам, маркируя ненужные или поврежденные белки для деградации протеасомой. 16 ингибиторов топоизомеразы активируют отцовский UBE3A. Топоизомеразы – это ферменты, регулирующие раскручивание ДНК. Среди этих 16 ингибиторов, топотекан оказался наиболее эффективным в индуцировании повышения уровня экспрессии UBE3A. Ферменты связываются с ДНК и разрывают фосфатный остов, позволяя ДНК раскручиваться. Топотекан активирует отцовский аллель UBE3A, снижая транскрипцию антисмыслового транскрипта. Топотекан ингибирует топоизомеразу I, восстанавливая уровень UBE3A до нормального диапазона в культивируемых нейронах мышей. Для оценки эффективности активации отцовской копии были использованы трансгенные мыши с UBE3A, меченным флуоресцентным маркером. При тестировании на мышах in vivo, топотекан воздействовал на гиппокамп, стриатум и кору головного мозга, но не на мозжечок, если не была применена более высокая доза (21,6 микрограмма в час в течение пяти дней). Исследование показало, что ингибиторы топоизомеразы обладают потенциалом для производства нормально функционирующего белка UBE3A. Большинство симптомов, связанных с синдромом Ангельмана, традиционно лечатся с помощью логопедической, физической и трудовой терапии. Противосудорожные препараты часто назначаются, поскольку судороги являются распространенным симптомом синдрома Ангельмана. Эти методы лечения направлены исключительно на симптомы. Этот препарат применялся у пациентов с раком и хорошо переносился как у детей, так и у взрослых.

Angelman's syndrome is a neuro genetic disorder characterized by severe developmental delays, seizures, speech impairments and physical impairments. It is an epigenetic disease and other treatments focus on symptoms. It is caused by a deletion or mutation of the maternal allele for the ubiquitin protein ligase E3A. UBE3A is expressed in most body tissues. However, in neurons only the maternal copy of the gene is expressed. UBE3A is located on chromosome 15 and the paternal copy for the gene is genetically imprinted and is silenced by an antisense RNA transcript. The maternal copy control center of the gene is methylated, suppressing transcription in the antisense direction while the paternal copy control center is unmethylated. Treatment involves unsilencing the paternal allele allowing the normal paternal UBE3A allele to be transcribed. UBE3A, in normal function, adds ubiquitin chains to proteins to target unnecessary or damaged proteins for degradation by the proteasome. 16 topoisomerase inhibitors unsilence paternal UBE3A. Topoisomerases are enzymes that regulate the unwinding of DNA. Of these 16 inhibitors, topotecan was found to induce the strongest upregulation of UBE3A. The enzymes bind to the DNA and cut the phosphate backbone, allowing the DNA to be unwound. Topotecan unsilences the paternal UBE2A allele by reducing the transcription of an antisense transcript. Topotecan inhibits topoisomerase I restoring UBE3A levels to wild type range in cultured mince neurons. Transgenic mice with a fluorescently tagged UBE3A were used to test the effectiveness of unsilencing the paternal copy. When tested on mice in vivo, topotecan affected the hippocampus, striatum and cerebral cortex but not the cerebellum unless a higher dose was administered (21.6 micrograms/hour for five days). The study suggested that the topoisomerase inhibitors have the potential to produce a normally functioning UBE3A protein. Most symptoms due to Angelman's syndrome are traditionally treated by speech therapy, physical therapy and occupational therapy. Anti seizure medication is often prescribed as seizures are a common symptom of Angelman's syndrome. These treatments target only symptoms. This drug has been administered to cancer patients. It was well tolerated when administered to pediatric and adult patients.

Механизм действия

Топотекан – полусинтетическое производное камптотецина. Камптотецин – это природное вещество, извлекаемое из коры дерева Camptotheca acuminata. Топоизомераза I – ядерный фермент, который снимает суперспиральное напряжение в ДНК, создавая одноцепочечные разрывы. После того, как топоизомераза I создает одноцепочечный разрыв, ДНК может вращаться перед надвигающейся репликативной вилкой. В физиологических условиях топотекан находится в равновесии со своей неактивной карбоксилатной формой. Активная лактонная форма топотекана интеркалирует между основаниями ДНК в комплексе расщепления топоизомеразы I. Связывание топотекана в комплексе расщепления препятствует топоизомеразе I лигировать поврежденную цепь ДНК после снятия напряжения. Накопление захваченных комплексов топоизомеразы I является известным ответом на апоптотические стимулы. Это нарушение препятствует репликации ДНК и в конечном итоге приводит к гибели клеток. Этот процесс вызывает разрывы в цепи ДНК, что приводит к апоптозу. Введение топотекана снижает экспрессию его мишени, топоизомеразы I; поэтому его дозировка подбирается для максимальной эффективности и минимизации связанной токсичности.