Los Agentes Desmetilantes del ADN Pueden ser Modificados para Mejorar su Eficacia en el Tratamiento contra el Cáncer

• AUTOR : Lim SP, Neilsen P, Callen DF y colaboradores
• TITULO ORIGINAL : The Application of Delivery Systems for DNA Methyltransferase Inhibitors
• CITA : Biodrugs 25(4):227-242, Ago 2011
• MICRO : Los agentes desmetilantes del ADN son útiles en la terapia contra el cáncer. Como su baja biodisponibilidad, corta vida media y toxicidad los hacen poco eficientes, éstos deben ser modificados o conjugados a sistemas de suministro que mejoren su acción terapéutica.

Introducción

La metilación del ADN, descubierta en 1948, se produce por lo general en la citosina de los dinucleótidos citosina-guanina (CpG) que se encuentran distribuidos en alta proporción en las islas CpG asociadas con regiones promotoras de la expresión génica. Las secuencias de ADN metiladas pueden promover la condensación local de la cromatina, reprimiendo así la expresión génica. Las enzimas responsables de la metilación del ADN son llamadas metiltransferasas del ADN (DNMT [DNA methyltransferases]). Las DNMT catalizan la metilación de la citosina al facilitar la transferencia de un grupo metilo de la S-adenosilmetionina (AdoMet) al carbono 5 de la citidina de los CpG. En los mamíferos, DNMT3A y DNMT3B son las responsables de establecer e iniciar patrones de metilación de novo en ciertos tipos celulares, y la DNMT1 metila las hebras complementarias de ADN hemimetilado, copiando esos patrones y permitiendo la herencia de la información epigenética.

La metilación aberrante del ADN ha sido identificada como un factor importante en la carcinogénesis. En particular, la hipermetilación de promotores de genes supresores de tumores resulta en la represión de su transcripción Por ello, su potencial reversibilidad ha sido utilizada como estrategia terapéutica en el tratamiento contra el cáncer. Con ese propósito se utilizan estrategias de desmetilación pasiva mediante la inhibición específica de la DNMT1. Así se puede prevenir la metilación de la nueva hebra de ADN durante la división celular, revirtiendo el silenciamiento génico.

Normalizar la proliferación celular puede resultar en un incremento en la sensibilidad de las células cancerosas a agentes quimioterapéuticos como el cisplatino, la temozolomida y la epirubicina. Las terapias de desmetilación actualmente empleadas se basan en dos metodologías generales: el uso de análogos de la citidina y el uso de agentes inhibidores indirectos. Lamentablemente, los beneficios clínicos se encuentran supeditados a la baja disponibilidad en el tumor y a su corta vida media.

En esta revisión se destacan los nuevos sistemas de suministro de drogas que podrían mejorar la aplicación clínica de los agentes desmetilantes.

Agentes desmetilantes

Los análogos de la citidina han sido investigados desde la década del 70. Estos azanucleósidos disminuyen la metilación del ADN al inhibir las DNMT. Por la rápida tasa de división de las células cancerosas, su tasa de síntesis de ADN es mayor, por lo que los análogos de la citidina son metabolizados rápidamente e incorporados de manera preferencial al ADN de las células cancerosas. En general, también se observa una sobreexpresión de las DNMT. Una vez incorporados estos análogos, las DNMT los reconocen como citidinas hemimetiladas y se unen a ellos pero, debido a diferencias estructurales con la citidina fisiológica, las DNMT unidas quedan atrapadas. Esto puede provocar una respuesta celular de daño en el ADN, como la detención del ciclo celular, o una respuesta de citotoxicidad. También puede ocurrir que las DNMT atrapadas sean degradadas, lo que disminuye sus niveles y resulta en una pérdida pasiva del patrón de metilación.

De los agentes desmetilantes conocidos, la decitabina es el más eficaz. Juntamente con la azacitidina, ha sido aprobada por la Food and Drug Administration (FDA) para el tratamiento del síndrome mielodisplásico. Estas drogas, además de su efecto desmetilante, ejercen un efecto citotóxico directo que provoca la muerte celular. Sin embargo, la captación celular de la decitabina es mala, lo que ha limitado su uso terapéutico contra tumores sólidos.

La importante citotoxicidad de los análogos de la citidina se debe mayormente a su mecanismo de acción. En algunos casos, como el de la gemcitabina, esta citotoxicidad ha sido utilizada para provocar la apoptosis de células cancerosas al provocar errores en la duplicación del ADN. Para superar estas limitaciones se han diseñado compuestos no nucleosídicos que pueden reactivar genes silenciados. Como no se incorporan al ADN, pueden ser modificados para aumentar su hidrofilia, estabilidad, biodisponibilidad y solubilidad para facilitar la administración oral.

Los análogos no nucleosídicos afectan en general las DNMT libres de varias maneras: por inhibición por unión no covalente al sitio catalítico de la DNMT1, por disminución de la afinidad de la DNMT1 por el ADN, por supresión de la expresión de la DNMT1 o por inhibición de la proteína dadora del grupo metilo, la AdoMet.

Sistemas de suministro de drogas

Desde el punto de vista clínico, un agente desmetilante debería poseer alta biodisponibilidad, un mecanismo restringido de acción y citotoxicidad sistémica limitada. Lamentablemente, ése no es el caso de los agentes que actualmente se encuentran en investigación, que poseen baja incorporación a tumores sólidos, son hidrofóbicos, de baja depuración y reactividad no específica. Los avances en el suministro de estos agentes podrían facilitar la terapia dirigida y evitar la exposición de ellos a células sistémicas.

Los azanucleósidos (azacitidina y decitabina) actúan como desmetilantes en bajas dosis, pero en altas dosis se desempeñan como citotóxicos, por lo cual es importante determinar las dosis óptimas para el beneficio clínico. Debido a su corta vida media y rápida depuración en la circulación sistémica, requieren un período de administración largo para alcanzar niveles eficaces de desmetilación. Varios estudios clínicos han buscado maximizar la desmetilación mediante la infusión intravenosa o subcutánea continua, con resultados positivos. Sin embargo, las drogas deben optimizarse para permitir un método de administración menos invasivo, como la vía oral.

Existen dos factores importantes que determinan la biodisponibilidad oral limitada: la inestabilidad de las estructuras en una solución acuosa (en particular, en un ambiente como el gástrico) y la alta afinidad a la citidina deaminasa, que los transforman en análogos de uridina. Se ha generado un derivado de la decitabina, el S110, que es rápidamente convertido en decitabina dentro de la célula. Si bien no mejora su estabilidad ni reduce su citotoxicidad, previene su inactivación por la citidina deaminasa in vivo.

La inestabilidad de estos agentes en soluciones acuosas, además de reducir su biodisponibilidad, contribuye a los efectos adversos por la producción de productos secundarios tóxicos o mutagénicos. La utilización de un sistema de suministro es una opción posible para superar estos problemas. Varios polímeros biodegradables pueden ser utilizados como vehículos en el suministro de agentes desmetilantes para prevenir su degradación por el ambiente ácido del estómago y permitir su administración oral. El polietilenglicol es un polímero aprobado por la FDA que puede ser conjugado con distintos medicamentos. La 5-azacitidina ha sido encapsulada en ácido poliláctico, que mejora su estabilidad y genera un suministro continuo por varias horas.

La captación celular de los agentes desmetilantes es baja debido a su baja biodisponibilidad y por depender de proteínas transportadoras de nucleósidos de expresión variable. Un derivado de la azacitidina, el CP-4200, posee un nivel mayor de transporte. Además, la hidrofilia del CP-4200, un ácido graso, puede mejorarse con ciertas modificaciones en el C5 de la ribosa, haciéndolo menos dependiente de los transportadores.

Otro problema a enfrentar en el uso de análogos de la citidina es que son prodrogas que deben ser convertidas a una forma activa mediante la fosforilación y reducción. Pero, si bien las células que se dividen frecuentemente por lo general expresan altos niveles de las enzimas requeridas para esa transformación, otros nucleótidos compiten por ellas, lo que resulta en una menor biodisponibilidad de la forma activa. Además, en la leucemia se ha demostrado que los bajos niveles en la citidina/desoxicitidina-cinasa contribuyen a la resistencia al tratamiento. Para superar estos inconvenientes se podría utilizar la forma activa de estos agentes. Sin embargo, su eficacia muy probablemente sea reducida, debido a un bajo transporte hacia los tejidos requeridos, ya que las proteínas transportadoras aceptan solamente la forma desfosforilada.

Además de estas limitaciones, la exposición de células no malignas a los agentes desmetilantes puede provocar efectos secundarios. Por ejemplo, pueden promover la expresión de oncogenes por la desmetilación del ADN en tejidos sanos. Una variante de la decitabina, la NPEOC-decitabina, con una modificación que aumenta su estabilidad y confiere mayor resistencia para su administración oral, debe ser escindida dentro de la célula. Esta transformación es mediada por la carboxilesterasa 1. Por ello, la NPEOC-decitabina puede ser utilizada sólo para tratar tipos de cáncer que sobreexpresan esta enzima. Esto sólo ha sido observado en carcinomas hepáticos.

Se ha demostrado que la zebularina, otro agente desmetilante, es específica de las células cancerosas, sin necesidad de modificaciones. Si bien la dosis requerida es mayor que con la decitabina, tiene baja toxicidad y ha demostrado producir efectos secundarios mínimos en tratamientos a largo plazo. También podría optarse por modificar los agentes desmetilantes con ligandos específicos de las células blanco para incrementar su eficacia y reducir sus efectos secundarios.

Una opción que no ha sido utilizada ampliamente es la de facilitar la retención biológica mediante sistemas de suministro controlado de drogas. De esta manera se puede aumentar la duración de la exposición intratumoral a concentraciones eficaces del agente para minimizar la remetilación posterior al tratamiento. Un hidrogel es una red de un homopolímero o un copolímero que permite la liberación controlada de la droga encapsulada en él en respuesta al ambiente fisiológico. Las tasas de liberación de la droga pueden modificarse alterando la composición del hidrogel.

La utilización de nanopartículas para la liberación controlada de drogas es beneficiosa por su tamaño pequeño (de un diámetro menor de 100 nm) y porque son suministradas de manera preferencial en tejidos enfermos que poseen una vascularización anormalmente alta. También pueden ser utilizadas para portar varias drogas distintas para una mejor terapia. Conceptualmente, mediante la adhesión de grupos funcionales complementarios en el polímero, el vehículo podría señalizarse para ser internalizado específicamente por las células blanco.

Conclusiones

Debido a los problemas que presentan los agentes desmetilantes (efectos adversos, estabilidad limitada, inactivación, baja biodisponibilidad), la terapia contra el cáncer tiene limitaciones. Existe una variedad de modificaciones en la formulación de estas drogas que puede aumentar su eficacia y superar estas limitaciones. Estas nuevas estrategias en el suministro de drogas tienen el potencial de aumentar de manera significativa el uso de los agentes desmetilantes.

Especialidad: Bibliografía - Farmacología