Inibitori ibridi PI3K/HDAC

La fosfatidilinositolo 3-chinasi (PI3K) è un enzima della famiglia delle chinasi implicato in una via di trasduzione dei segnali chimici attraverso la membrana cellulare (via di segnalazione PI3K). La PI3K30 _{agisce fosforilando un fosfolipide} della membrana cellulare, il fosfatidilinositolo (nello specifico, il gruppo OH in posizione 3 dell'anello benzenico del fosfatidilinositolo), che diventa fosfatidilinositolo-trifosfato; il fosfolipide così fosforilato attiva il reclutamento di proteine che consentono il trasporto attraverso la membrana. La via di segnalazione PI3K è implicata nell’attivazione dei recettori per l’insulina e per la leptina.

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Figura 23. Strutture di inibitori PI3K contenenti un gruppo morfolinico

In realtà, PI3K è una famiglia di enzimi intracellulari, suddivisa in tre classi sulla base della sequenza omologa e della specificità per il substrato. La disregolazione di PI3K e delle relative molecole a valle ha un ruolo importante nella iniziazione, nella crescita, nella proliferazione e nella sopravvivenza delle cellule tumorali. Pertanto, PI3K si trova spesso in uno stato attivato in molti tipi di cancro.

Al momento, diversi inibitori PI3K sono in trial clinico per il trattamento del cancro come monoterapia o in combinazione con altri farmaci, tra cui Apitolisib (20 in Figura 23) e Pictilisib (21 in Figura 23). Tuttavia, la sola inibizione della via del PI3K è sempre problematica poiché esistono altri percorsi correlati alla sopravvivenza e alla crescita che vengono attivati contemporaneamente. Numerose prove hanno riportato che gli inibitori HDAC sono in grado di interrompere più percorsi e sono noti per la sinergia con gli inibitori dell’enzima PI3K.

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Per risolvere il problema dell’inibizione della sola via del PI3K, Qian e collaboratori31 _{sono stati i primi ad aver descritto la progettazione razionale di un} composto multitarget, CUDC-907 (24, Figura 25). È stato prima eseguito un esperimento per confermare che la combinazione di un HDACi, come Vorinostat, e un potente inibitore PI3K, come Pictilisib, potesse produrre un effetto sinergico sull'inibizione della crescita della linea cellulare PC-3 di cancro alla prostata. L'indice di combinazione era significativamente minore di 1 e questo ha fornito le basi razionali per lo sviluppo di inibitori duali di PI3K e HDAC. Sulla base del risultato appena descritto, gli autori hanno incorporato una porzione ZBG (acido idrossamico) nel gruppo farmacoforico della morfolinopirimidina, che si trova frequentemente negli inibitori PI3K, quali Apitolisib, Pictilisib, PI-103 (composto 22, Figura 23) e BKM-120 (composto 23, Figura 23). È interessante sottolineare che l’anello della morfolina ha dimostrato di essere essenziale per l'attività inibitoria verso PI3K, a causa del fatto che si instaura un legame idrogeno tra l'atomo di ossigeno della morfolina e l’idrogeno del residuo di Valina882 posto nella regione cerniera del dominio di legame dell’ATP (ATP binding domain). La molecola CUDC-907 (24 in Figura 25) è un inibitore multitarget di prima classe della proteina chinasi PI3K, attivo per via orale, ottenuto attraverso questa strategia:

- inibisce PI3K con valori di IC50 di 19, 54 e 39 nM per PI3Ka, PI3Kβ e PI3Kδ, rispettivamente

- è anche un potente inibitore di HDAC, contro HDAC di classe I e II; La sua potenza per le HDAC di classe I è paragonabile a quella di Panobinostat e maggiore di quella di Vorinostat, come mostrato nella figura 24.

Figura 24. Inibizione delle attività enzimatiche degli inibitori HDAC da Vorinostat (1) al composto numero 11 in figura 17 rispetto al composto CUDC-907 (24 in figura 25)

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Grazie alla sua attività inibitoria per HDAC, CUDC-907 (24, Figura 25) potrebbe stabilmente inibire l'attivazione della via PI3K-AKT-mTOR e delle molecole segnale compensatorie incluse RAF, MEK, MAPK e STAT-3, nonché di RTK a monte, così come evidenziato dall’analisi in Western Blot eseguita con una concentrazione di 100 nM.

In vitro, CUDC-907 (24, Figura 25) induce apoptosi e arresta il ciclo cellulare nella fase G2-M delle cellule tumorali HCT-116, mediante l'attivazione delle caspasi-3 e caspasi-7. CUDC-907 mostra anche un promettente indice terapeutico nei tumori dipendenti dalla mutazione del gene MYC come il linfoma a cellule B. In un modello animale in vivo di linfoma non-Hodgkin di Daudi (tumore maligno che origina dai linfociti, cellule principali del sistema immunitario), la somministrazione orale di CUDC-907 inibisce la crescita tumorale in modo dose-dipendente. La stasi del tumore è stata osservata a 100 mg/kg senza tossicità. In particolare, CUDC-907 (100 mg/kg) si è rivelato più efficace di Vorinostat e Pictilisib, somministrati alle loro dosi massime tollerate (120 e 150 mg/kg, rispettivamente), e migliore anche di una combinazione di Vorinostat e Pictilisib (dosi di 60 e 75mg/ kg, rispettivamente). Lo studio dell'attività antitumorale in vivo ha evidenziato che CUDC-907 inibisce HDAC, come dimostrato dall'accumulo di istoni acetilati H3 e PI3K risultanti da una diminuzione in p-AKT. Inoltre, gli studi farmacocinetici hanno mostrato che questa molecola possiede una biodisponibilità orale di circa 2 volte superiore a Vorinostat.

In uno studio clinico di fase 1 per valutare la sicurezza, la tollerabilità e l’attività preliminare di CUDC-907 in pazienti con recidiva o linfoma refrattario oppure mieloma multiplo, 5 su 37 (14%) sono i pazienti che hanno ottenuto la risposta attesa (due risposte complete e tre risposte parziali). CUDC-907 è attualmente sottoposto a uno studio clinico di fase II in pazienti con linfoma e in pazienti con carcinoma tiroideo avanzato. Tuttavia, la resistenza acquisita rimane una sfida per il suo uso terapeutico.32

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A questo proposito, il sistema di trasporto ABCG2 (ATP-binding cassette subfamily G member 2), gioca un ruolo centrale nello sviluppo della resistenza verso CUDC- 907; la terapia combinata con un inibitore di ABCG2 dovrebbe rappresentare una buona strategia per migliorare la farmacocinetica e l’efficacia di CUDC-907.

Sulla base della molecola CUDC-907, Chen e collaboratori33,34 _{hanno progettato e} sintetizzato una serie di nuovi inibitori ibridi PI3K/HDAC. Considerando che il nucleo purinico si ritrova come scaffold principale in molti inibitori di PI3Ks e che il nucleo della morfolina è essenziale per avere l'attività farmacologica, gli autori hanno progettato nuovi ibridi sostituendo la parte morfolinopirimidina, presente in CUDC-907, con una morfolinopurina. Tutti i composti ottenuti hanno mostrato forte attività inibitoria verso HDAC1.

Figura 25. Strutture di inibitori ibridi PI3K/HDAC

Il sostituente nella posizione C-2 della morfolinopurina ha un forte effetto sull'inibizione di PI3K. Un gruppo fenilico in questa posizione risulta dannoso, mentre una pirimidina nella posizione C-2 della morfolinopurina, come nei composti 25 e 26 in figura X, produce l'atteso duplice effetto inibitorio verso PI3Ka e HDAC1. I valori IC50 di 25 per HDAC1 e PI3Ka sono rispettivamente 1.14 e 28.06 nM. Il derivato numero 26 (Figura 25) mostra valori di IC50 per HDAC1 e PI3Kα

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inferiori (1.04 e 1.33 nM, rispettivamente) rispetto a quelli di CUDC-907 (1.7 e 19 nM).

Il derivato 26 ha mostrato anche, in vivo, un’attività antiproliferativa verso le cellule MV4-11 in un modello xenograft di topo NOD/SCID (i topi NOD/SCID sono topi con una severa immunodeficienza) alla dose di 10 mg/kg per via endovenosa; la velocità di crescita della massa tumorale viene ridotta del 45.1%. Al contrario, il composto Vorinostat (utilizzato come controllo positivo) in questo modello non ha mostrato alcuna attività inibitoria al dosaggio intraperitoneale di 50 mg/kg.