Sebbene gli CAIs siano stati studiati in maniera approfondita, ed usati clinicamente per la prevenzione e il trattamento di diverse malattie, il campo degli attivatori della CA (CAAs) è del tutto inesplorato. Tuttavia, nello scorso decennio, attraverso la spettroscopia elettronica, la cristallografia a raggi X e misurazioni cinetiche, gli attivatori hanno mostrato di legarsi alla cavità attiva della CA, a livello di un sito distinto da quello dell’inibitore o del sito di legame del substrato, dove facilitano il trasferimento di protoni del ciclo catalitico.
Recentemente, l’attivazione di alcuni membri della famiglia α-CA (CA I e II umane) ha mostrato di costituire un possibile approccio terapeutico per la stimolazione della trasmissione sinaptica, la quale può rappresentare un trattamento nuovo per il morbo di Alzheimer, per l’invecchiamento e per altre condizioni nelle quali sono necessarie il raggiungimento dell’apprendimento spaziale e la terapia della memoria [72,73].
Sun e Alkon hanno riportato che la fenilalanina, un attivatore che bersaglia gli isoenzimi I e II, quando somministrata ad animali da esperimento produce una buona stimolazione farmacologica della trasmissione sinaptica, dell’ apprendimento spaziale e della memoria, dimostrando che questa classe
inesplorata di modulatori enzimatici può essere usata per il trattamento di patologie in cui l’apprendimento e la memoria sono danneggiati.
Una moltitudine di composti fisiologicamente rilevanti come le ammine biogene (istamina, serotonina, catecolamine), amminoacidi, oligopeptidi o piccole proteine, fra gli altri, agiscono come CAAs efficienti per molti degli isoenzimi CA umani. Diverse strutture cristallografiche a raggi X di addotti delle principali isoforme umane, CA I e II, con attivatori sono state riportate recentemente [74], in aggiunta a quelle dell’istamina, riportate nel 1997 [75]. Le strutture a raggi X cristalline degli addotti umani CA II-L-His/D-His e degli addotti CA II-L-Phe/D-
Phe hanno mostrato che gli attivatori sono ancorati all’ingresso del sito attivo, partecipando ad una estesa rete di legami a idrogeno e interazioni idrofobiche con residui amminoacidici specifici o molecole d’acqua presenti nella cavità, spiegando così la loro differente potenza e modelli di interazione con vari isoenzimi.
Sono stati anche riportati molti studi sulla progettazione di farmaci CAAs, considerando come molecole lead l’istamina o la carnosina [76,77].
8. CONCLUSIONI.
Nel campo della ricerca delle CA, gli ultimi anni sono stati altamente dinamici e produttivi. Le ultime presunte isoforme α-CA (CA XV) di mammifero sono state isolate, caratterizzate e purificate; attraverso i rappresentanti della classe α-, β-, γ-, e δ- dei vari organismi patogeni percorriamo l’albero filogenetico. Molte di queste nuove CAs vengono bersagliate farmacologicamente, e quindi rappresentano il potenziale per lo sviluppo di agenti farmacologici con un nuovo meccanismo d’azione. In verità, la resistenza ai farmaci attualmente disponibili costituisce un serio problema per le infezioni causate dal P. falciparum, H. pylori, M.
tuberculosis e C. albicans, e le CAIs che bersagliano gli enzimi di questi patogeni
possono superare tale difficoltà grazie ai loro nuovi meccanismi d’azione.
Negli ultimi anni, il profilo di inibizione della maggior parte delle classi più importanti di CAIs (le solfonammidi, i sulfamati e le sulfammidi) verso gli isoenzimi cataliticamente attivi sono stati studiati in dettaglio. Questo è prezioso nella ricerca dei composti isoenzima-selettivi e per la riduzione degli effetti collaterali dei farmaci attualmente disponibili. Tuttavia, sono stati identificati pochi composti che inibiscono selettivamente ogni isoforma di CA di rilevanza clinica, sebbene siano stati riportati importanti progressi nella progettazione di composti con elevata affinità per le CA VA, IX e XIII oltre alla CA II (CA II è un’isoforma ubiquitaria, cataliticamente molto efficiente, e così la sua inibizione viene spesso considerata dannosa).
Significativi progressi sono stati riportati nella progettazione di composti definiti come fluorescenti e dei composti che non attraversano la membrana che
inibiscono solo le isoforme di CA associate alla membrana (come la CA IX) e non quelle presenti a livello citosolico (come la CA I e II). L’uso di CAIs fluorescenti ha indicato un importante ruolo delle CA IX nei processi di acidificazione dei tumori, e la possibilità di invertire questo fenomeno inibendo l’attività catalitica dell’enzima con un inibitore CA IX-selettivo e potente. Sono state anche riportate varie applicazioni oftalmiche e anti-obesità delle CAIs, insieme a nuovi derivati che agiscono come anticonvulsivanti. Le strutture cristalline a raggi X riportate dei numerosi addotti di CA II e I umane con le solfonammidi e i sulfamati hanno fornito una migliore comprensione delle interazioni molecolari tra l’inibitore e l’enzima, che può portare alla progettazione razionale di farmaci inibitori con ridotti effetti collaterali e selettività per l’isoforma bersaglio.
Infine sono stati compiuti , importanti progressi nel campo delle CAAs, e sono stati forniti un gran numero di strutture cristalline a raggi X di addotti degli isoenzimi I e II con attivatori amminoacidici. Sono state osservate interessanti differenze di legame tra gli enantiomeri di attivatori come l’L-/D-Phe e l’L-/D His
della CA II umana; ed è stata recentemente riportata la prima struttura cristallina a raggi X di un addotto di CA I umana con un attivatore (L-His), mostrando grandi
differenze tra il legame di attivatori entro il sito attivo delle due principali isoforme, CA I e II. In un primo momento, altre isoforme oltre alla CA I e II, come la CA IV, VA, VII, XIII e XIV sono state studiate per la loro interazione con un gran numero di attivatori amminici o amminoacidici. Per i loro possibili effetti sull’apprendimento spaziale e della memoria, gli CAAs possono fornire un nuovo meccanismo per il trattamento di malattie come il morbo di Alzheimer.
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RINGRAZIAMENTI.
Giunta al termine di questo lavoro desidero ringraziare ed esprimere la mia riconoscenza nei confronti di tutte le persone che mi sono state vicine e hanno permesso e incoraggiato sia i miei studi che la realizzazione di questa tesi.
Desidero ringraziare la Dott.ssa Silvia Salerno, relatrice di questa tesi, per la grande disponibilità e cortesia dimostratami, e per tutto l’aiuto fornito durante la