Sequenziando i genomi di eucarioti/procarioti, in particolare dei patogeni che causano malattie molto diffuse (per esempio, la malaria, la tubercolosi, come anche altre infezioni batteriche e fungine), è stato rilevato che le CAs sono anche presenti in questi organismi. Tuttavia, sebbene i vertebrati posseggano solo CAs appartenenti alla classe α, alcuni organismi ‘semplici’ hanno enzimi appartenenti
a diverse famiglie di CA, per esempio l’α- e la β-CAs, la β- e la γ-CAs, la γ- e la δ-CAs, o addirittura alcuni rappresentanti delle tre famiglie di geni (α- γ-CAs). Recentemente, i rappresentanti della classe α- o β-CA sono stati clonati e caratterizzati in diversi patogeni, come nel protozoo P.falciparum, nei batteri H.
pylori e M. tuberculosis e nei funghi C. albicans e C. neoformans. [67,68]
Poiché è stato provato che queste CAs sono critiche per la crescita e la virulenza di tali patogeni, è stata anche indagata la loro capacità di essere inibiti (Tabella 5). Dato che molti organismi sono altamente patogeni, e presentano differenti gradi di resistenza agli attuali farmaci disponibili che li bersagliano, l’inibizione delle loro CAs può costituire un nuovo approccio per combattere queste malattie [69].
Tabella 5
Il P.falciparum è il maggior responsabile dei casi di malaria umana. L’emergenza globale dei parassiti della malaria farmaco-resistenti necessita dell’identificazione e caratterizzazione di nuovi bersagli per i farmaci. Le CAs presenti nel
P.falciparum appartengono alla classe α-CA (pfCA) e possiedono proprietà
La 4-(3,4-diclorofenilureido-etil)-benzene-solfonammide è stata il CAI solfonammidico più efficace come antimalarico contro la crescita del
P.falciparum in vitro, con una KI nel range nanomolare (80 nM) ed una EC50 (ex
vivo) nel range del basso micromolare (20 µM). Quindi, gli CAIs solfonammidici
che bersagliano l’enzima del protozoo possono essere sviluppati quali nuovi farmaci antimalarici.
La α-CA presente nell’H. pilori (hpαCA) è stata clonata e sequenziata da pazienti con differenti lesioni della mucosa gastrica, che comprendono le gastriti, l’ulcera e il cancro. Alcuni potenti inibitori hpαCA sono stati scoperti (KIs di 12-84 nM), fra
i quali l’acetazolamide, la 4-ammino-6-cloro-1,3-benzenedisolfonammide e alcuni composti progettati recentemente che incorporano un’estremità lipofila. Poichè l’hpαCA è essenziale per la sopravvivenza del patogeno in acido, la sua inibizione può essere sfruttata come un nuovo strumento farmacologico nel trattamento dell’infezione da H. pilori farmaco-resistente.
Sono stati isolati cloni di DNA della β-CA di H. pilori (hpβCA), da filamenti indipendenti ottenuti da pazienti con varie lesioni della mucosa gastrica, inclusi pazienti con gastriti, con ulcera gastrica e tumore gastrico. L’ hpβCA è stata anche altamente inibita (KIs nel range di 24-45 nM) da molte solfonammidi/sulfamati,
comprendendo farmaci usati clinicamente come l’acetazolamide, l’etossizolamide, il topiramato e la sulpiride.
La doppia inibizione delle CAs appartenenti alla classe α- e/o β- presenti nell’ H.
pilori potrebbe dunque essere un’alternativa utile per il trattamento delle
primo studio che ha mostrato che una β-CA batterica può essere un bersaglio da colpire farmacologicamente [70].
Il ruolo cruciale giocato da queste due CAs presenti nell’ H. pilori, nell’ambiente acido del patogeno all’interno dello stomaco, è mostrato schematicamente in Figura 19, e questo aiuta anche a capire perché l’inibizione dei due enzimi porta alla morte del batterio e ad una possibile eliminazione dell’ H. pilori dallo stomaco.
Figura 19.
Il gene Rv3588c del M. tuberculosis, che ha mostrato di essere indispensabile per la crescita in vivo del patogeno, è stato scoperto che codifica per un β-CA con attività altamente dipendente dal pH, essendo attivo ad un pH di 8.4 ma non ad un pH di 7.5. Questa β-CA è una proteina dimerica con un sito attivo bloccato, che è
in equilibrio tra due stati con un sito attivo aperto o chiuso. Sebbene non siano stati compiuti studi con questa β-CA, è probabile che potenti inibitori possano essere in futuro scoperti e progettati. Questo porterebbe ad una classe completamente nuova di farmaci per la tubercolosi, una malattia la cui resistenza ai farmaci attualmente disponibili rappresenta un problema molto diffuso.
Il fatto che finora non sia stata evidenziata in vivo un’inibizione nella crescita del
M. tuberculosis, potrebbe probabilmente essere dovuto alla difficoltà dell’inibitore
di attraversare la membrana costituita da acido micolico tipica di tale batterio. Quindi, lavori futuri potrebbero essere rivolti verso la permeabilità degli CAIs che in molti casi risulta difficile da realizzare a livello dei siti dove gli enzimi sono presenti in tali procarioti. D’altro canto, altri genomi batterici/fungini sono stati costantemente sequenziati e la scoperta di nuovi bersagli appartenenti alle varie famiglie di CA è costante, portando ad un certo grado di ottimismo che possano essere sviluppati anti-infettivi CAIs.
Il gene NCE103 del lievito Saccharomyces cerevisiae codifica anche per le CA. Il principale ruolo fisiologico della CA durante la crescita di S. cerevisiae nell’ambiente salino glucosio-ammoniacale è l’approvvigionamento del carbonio inorganico per le reazioni di carbossilazione bicarbonato-dipendenti catalizzate da PC, ACC e CPSasi (carbamoil-fosfato-sintetasi). Tuttavia, la più importante scoperta in questo campo riguarda il ruolo dei segnali delle CAs che sono importanti per la virulenza dei patogeni fungini come la C. albicans e il C.
neoformans, come identificato dai gruppi di Muhlschlegel e Heitman [71]. E’
filamentazione in C. albicans attraverso una stimolazione diretta dell’attività dell’adenilato ciclasi, come mostrato schematicamente in Figura 20.
Figura 20.
Inoltre, è stato mostrato che l’equilibrio CO2/HCO3- presente nelle β-CAs di
organismi è essenziale per la patogenesi di C. albicans in nicchie dove la disponibilità di CO2 è limitata. Il gruppo di Muhlschlegel ha dimostrato anche che
l’adenilato ciclasi presente nel C. neoformans è sensibile alle concentrazioni fisiologiche di CO2/HCO3- .
Perciò, il collegamento tra il segnale dell’AMP ciclico e la rilevazione di CO2/HCO3- è conservato nei funghi, essendo la rilevazione della CO2 un
Sebbene non siano stati ancora saggiati inibitori di queste nuove β-CAs, nuovi agenti terapeutici che bersagliano questo pathway a vari livelli potrebbero agire come nuovi antifungini [71].