ATTIVITA’ CHEMOPREVENTIVA DEGLI ITC

L’azione chemopreventiva degli isotiocianati si esplica tramite un meccanismo duale, ovvero la modulazione degli enzimi di fase I e fase II per ridurre, da un lato, la bioattivazione dei carcinogeni e aumentare, dall’altro, i processi di detossificazione.

La suscettibilità di ciascun individuo nei confronti del cancro è determinata da vari fattori, tra cui la capacità dell’organismo di mantenere il rapporto corretto tra gli enzimi di fase I e quelli di fase II. Queste due classi di enzimi sono coinvolte nel metabolismo dei farmaci, degli xenobiotici e delle sostanze cancerogene; gli enzimi di fase I catalizzano reazioni di derivatizzazione del substrato, miranti ad aumentarne la polarità e l’idrofilia, mentre quelli di fase II catalizzano reazioni di coniugazione tra i metaboliti di fase I e substrati endogeni (acido glucuronico, glutatione, glicina, ione solfato). Il coniugato, completamente idrosolubile, viene poi eliminato con le urine.

Tra gli enzimi di fase I, il citocromo P450 riveste un ruolo chiave nel metabolismo ossidativo degli xenobiotici e dei cancerogeni. Tuttavia, durante questo processo, diversi agenti chimici o sostanze procancerogene vengono attivate piuttosto che convertite in metaboliti elettrofili altamente reattivi, in grado di disturbare la stabilità del genoma tramite danno al DNA. Proprio a questo livello si realizza in parte l’attività chemopreventiva degli ITC: questi composti sono infatti in grado di

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inibire la bioattivazione dei carcinogeni da parte degli enzimi di fase I (Fig.21) (Fimognari et al., 2007; Gross-Steinmeyer et al., 2004; Nakajima et al., 2001; Yoshigae et al., 2013).

Gli studi meccanicistici condotti da Morse e collaboratori dimostrano che la somministrazione degli ITC blocca la promozione dello sviluppo tumorale da parte di svariati carcinogeni chimici in diversi modelli animali (Morse et al., 1989). Ad esempio, in modelli roditori di tumore del polmone e dell’esofago, il PEITC risulta dotato di azione chemopreventiva nei confronti dei carcinogeni derivanti dal tabacco (Hecht, 1997). Anche l’AITC è in grado di inibire nei ratti i tumori indotti da NNK, un carcinogeno derivante dal tabacco: la sua azione sembra esplicarsi tramite l’induzione degli enzimi di fase II con proprietà detossificanti, quali la chinone reduttasi e la glutatione-S- transferasi (GST) (Munday et al., 2008). Gli addotti glutatione-ITC risultano in grado di inibire il citocromo P450E1 e la N-dimetilnitrosammina demetilasi, i principali enzimi responsabili della bioattivazione di specifiche nitrosammine del tabacco (Jiao et al., 1998).

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Gli ITC sono in grado di inibire direttamente diverse forme di CYP450, ad esempio SFN inibisce il CYP450 1A2 (Moreno et al., 1999). Inoltre, è stato dimostrato che il sulforafano è in grado di inibire il recettore degli steroidi e degli xenobiotici, un recettore ormonale nucleare che regola l’espressione del CYP3A4 (Zhou et al., 2007).

L’attività chemopreventiva degli ITC si esplica, oltre che con l’inibizione degli enzimi ossidativi di fase I, anche con l’induzione dell’espressione di GST, NADPH chinone ossidoreduttasi e UDP- glucuroniltransferasi, enzimi di fase II che intervengono nei processi di detossificazione dai carcinogeni e dagli xenobiotici (Cheung et al., 2010). Ad esempio, l’enzima glutatione-S-transferasi catalizza la reazione di coniugazione del glutatione (GSH) con composti elettrofili, a dare addotti più idrosolubili, facilmente eliminabili per via renale (Hayes et al., 1998). In assenza di coniugazione con GSH questi elettrofili risulterebbero estremamente pericolosi per il nostro organismo, perché in grado di alchilare le basi azotate del DNA con conseguente minaccia all’integrità e alla stabilità del genoma.

Gli addotti ITC-GSH sono esportati fuori dalle cellule tramite i trasportatori MRP (Multidrug

Resistance Protein) (Thornalley, 2002): si tratta di trasportatori attivi primari di addotti di anioni

organici, dotati di ampia specificità di substrato e capaci di conferire fenotipo multifarmaco- resistente qualora transfettati in cellule farmaco-sensibili. Sembra che la farmaco-resistenza delle cellule transfettate con queste particolari proteine sia associata alla diminuzione energia-dipendente dell’accumulo intracellulare dei farmaci e all’incremento del loro efflusso.

A causa della continua coniugazione e del conseguente efflusso dei coniugati, i livelli intracellulari di GSH risultano diminuiti in misura significativa dopo 3h dal trattamento con ITC. Come conseguenza della non disponibilità di GSH, gli ITC legano così altre proteine vitali per la cellula causandone la tiocarbamoilazione (Thornalley, 2002). Nonostante gli isotiocianati siano dotati di proprietà elettrofili, a tutt’oggi non sono però riportati esempi del loro legame diretto co il DNA cellulare.

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E’ stato dimostrato che gli ITC inducono anche l’espressione dell’enzima glutatione-S-transferasi che cattura i radicali liberi all’Ossigeno (ROS) (Kong et al., 2001). L’attività degli enzimi di fase II viene regolata principalmente attraverso l’elemento di risposta antiossidante (ARE). Quest’ultimo può essere attivato attraverso fattori di trascrizione, tra cui, ad esempio, Nrf-2 (Nuclear factor-

erythroid-2-related factor 2), che controlla la trascrizione di geni antiossidanti e citoprotettivi

(Fig.21). In condizioni basali il fattore Nrf-2 è inattivo nel citoplasma sotto forma di complesso con la proteina Keap-1, che impedisce la sua traslocazione all’interno del nucleo e media la sua degradazione ad opera della subunità 26S del proteasoma. In condizioni di stress ossidativo, i residui cisteinici di Keap-1 subiscono una modificazione redox che determina la dissociazione del legame tra Keap-1 e Nrf-2, permettendo a quest’ultimo di traslocare all’interno del nucleo, dove eterodimerizza con le proteine maf e lega gli elementi ARE all’interno della regione promotrice dei suoi geni bersaglio (Keum et al., 2004; Prawan et al., 2009).

L’azione chemopreventiva del sulforafano si realizza principalmente proprio attraverso l’attivazione degli elementi ARE, come ad esempio Keap-1/Nrf-2 (Fimognari et al., 2007); l’induzione di Nrf-2 SFN-mediata avviene tramite attivazione dell’eme ossigenasi 1 e inibizione di p38 nelle cellule di epatoma (Keum et al., 2004). Inoltre, numerosi studi documentano la capacità di SNF di indurre tioredossina e tioredossina reduttasi in diverse linee cellulari tumorali (Bacon et al., 2007).