Un metallo alternativo al Pt(II) ma poco utilizzato per la sintesi di complessi potenzialmente citotossici e nello stesso tempo intercalanti potrebbe essere lo Zn(II). Lo zinco è un metallo bivalente che, data la sua
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posizione nella tavola periodica, presenta poche delle proprietà caratteristiche dei metalli di transizione. É considerato un metallo molto versatile grazie alla sua elevata capacità di coordinazione nei confronti di leganti N2-donatori e N,O-donatori formando complessi con interessanti
proprietà. Lo zinco è uno dei metalli biologicamente più importanti ed apparentemente indispensabile a tutte le forme di vita: è considerato un microelemento ma con un grande ruolo. É il secondo metallo di transizione, dopo il ferro, più abbondante nel corpo umano, in più è un elemento essenziale per la vita degli organismi in quanto è coinvolto in diversi processi biologici. 27,28 A differenza di altri metalli, l’accumulo dello ione Zn(II) non comporta effetti tossici, mentre una carenza potrebbe comportare gravi effetti sul sistema immunitario e soprattutto problemi di tipo metabolico. 29
Lo zinco ha importanti ruoli strutturali in quanto è coinvolto nel mantenimento dell’integrità delle membrane biologiche. Fa parte di moltissimi sistemi enzimatici, è catalizzatore di 300 enzimi diversi coinvolti nel metabolismo proteico, nella produzione di energia, nella divisione cellulare e nella sintesi di acidi nucleici. Le sue funzioni catalitiche derivano dalle sue proprietà di acido di Lewis. E’ nota da tempo l’esistenza di zinco proteine che riconoscono sequenze specifiche di basi del DNA e partecipano a processi di regolazione e trascrizione. Sono dette anche fattori di trascrizione e alcune di esse contengono motivi strutturali chiamati zinco “finger” (dita contenenti zinco) per il fatto che possono inserirsi nel solco della doppia elica del DNA e ripiegarsi come fossero delle dita. Ciò è dovuto alla possibilità che hanno gli ioni metallici di formare legami trasversali all’interno di una stessa proteina. Molti sono
27 N. P. Farrell, Uses of Inorganic Chemistry in Medicine, 1999. 28 S. Aoki, E. Kimura, Chem. Rev., 2004, 104, 769.
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i fattori di trascrizione che contengono zinco, il più importante è l’ RNA. L’esistenza dei domini zinco “finger” fu proposta in base alle ricerche del fattore di trascrizione III A. 30 La caratteristica fondamentale delle proteine zinco “finger” è che esse contengono unità adiacenti (finger) costituite da un atomo di zinco centrale coordinato a due cisteine e a due istidine (Figura I.7).
Fig. I.7. Struttura del dominio di zinco “finger”
Gli zinco “finger” interagendo con il DNA formano un’elica destrorsa avvolgendo esternamente la doppia elica (Figura I.8).
Fig. I.8. Interazioni di una proteina “zinc finger” con frammenti di DNA
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Lo zinco “finger” che riconosce particolari siti del DNA ha numerose potenziali applicazioni in medicina, prima tra tutte la generazione di fattori di trascrizione biomimetici per controllare l’espressione del DNA e per inibire alcuni geni specifici. 28
Inoltre, l’interesse per lo Zn(II) e gli studi in vitro ed in vivo hanno permesso di capire un altro particolare aspetto di questo metallo. Infatti, recentemente è emerso che lo Zn(II) ha un ruolo fondamentale nei
processi di cancerogenesi ed in particolare è un importante regolatore dell’ apoptosi cellulare. 31
Per capire il ruolo dello zinco nello sviluppo e progressione del cancro dobbiamo soffermare la nostra attenzione sul processo che caratterizza la trasformazione di una normale cellula in una
cellula tumorale (Figura I.9).
Fig. I.9. Trasformazione genetica/metabolica di cellule tumorali
Infatti, da come possiamo vedere in figura I.9, in assenza di una trasformazione metabolica, la cellula neoplastica potrebbe rimanere in una condizione di stabilità oppure potrebbe essere eliminata; se invece, la trasformazione metabolica si verifica, la cellula va incontro alla manifestazione tumorale. Questo importante processo di trasformazione patologica, da studi effettuati recentemente, interessa anche lo zinco ed in
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particolare è la variazione di concentrazione di quest’ ultimo a livello cellulare che assume una certa importanza in tale processo. L’ accumulo
di zinco nelle cellule dipende dai trasportatori dello zinco: 32 gli “Zip-transporter”, che sono presenti sulle membrane plasmatiche e
trasportano lo zinco dall’ ambiente extracellulare a quello intracellulare e gli “ZnT-transporter”, che sequestrano lo zinco dagli organelli citoplasmatici. Quindi, l’espressione e la disponibilità degli zinco trasportatori ed in particolare degli “Zip-transporter” costituisce un fattore critico della trasformazione genetica e metabolica che è essenziale per il processo tumorale nella maggior parte, se non in tutti, i tumori come mostrato in figura I.10 per le cellule prostatiche.
Fig. I.10. Il ruolo di Zip-1 e dello zinco nella trasformazione genetica/metabolica delle normali cellule prostatiche a cellule tumorali
Infatti, le normali cellule epiteliali secretorie sono cellule altamente specializzate che sintetizzano, accumulano e secernono alti livelli di citrato nel fluido prostatico e ciò avviene grazie alla capacità che queste cellule hanno di accumulare alti livelli di Zn(II) cellulare e mitocondriale. Nei mitocondri lo Zn(II) inibisce l’attività enzimatica dell’m-aconitasi prevenendo così l’ossidazione del citrato attraverso il ciclo di Krebs. Di conseguenza il ciclo di Krebs si arresta al primo step ossidativo ed il citrato risulta essere un prodotto finale del metabolismo intermedio nelle
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cellule prostatiche. La produzione del citrato come prodotto finale ha delle implicazioni bioenergetiche: l’ossidazione del glucosio, fermata al citrato, porta alla formazione di 14 molecole di ATP mentre dalla sua completa ossidazione se ne ottengono 38 per ogni molecola di glucosio. Nelle cellule tumorali prostatiche viene a mancare la capacità di accumulare Zn(II) che quindi non esplica la funzione inibitoria rispetto all’attività dell’m-aconitasi: il citrato è dunque completamente ossidato attraverso il ciclo di Krebs. Il meccanismo responsabile della capacità di accumulare Zn(II) è la down-regulation di Zip-1, che è il maggiore trasportatore responsabile dell’ uptake dello zinco. 33
In questo modo, le cellule tumorali della prostata evitano gli effetti soppressori dello zinco, compreso l’effetto apoptogenetico ed è per questa ragione che si può definire lo Zip-1 e quindi lo zinco un agente soppressore nel cancro alla prostata.
Ulteriori studi hanno rivelato effetti diretti dello zinco sul meccanismo apoptogenico come mostrato in figura I.11:
Fig. I.11. Induzione del processo apoptotico nelle cellule prostatiche da parte dello zinco
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Infatti, si è avuta conferma che l’effetto apoptotico nelle cellule della prostata è dovuto all’ apoptogenesi mitocondriale indotta dallo zinco. Più significativamente, questa azione è dovuta all’effetto dello zinco citoplasmatico sui mitocondri, in particolare quest’ultimo ha la capacità di aumentare l’inserzione di Bax (proteina pro-apoptotica) citosolico a livello della membrana mitocondriale, facilitare la formazione del poro a livello del mitocondrio, con successiva attivazione della caspasi-3 che da
luogo alla cascata apoptotica. 34,35 Conseguentemente, l’induzione dell’apoptosi, da parte dello zinco, è soppressa nelle normali cellule in situ grazie alla presenza di attività antiapoptotiche. Le normali cellule
epiteliali prostatiche, infatti, presentano una up-regulation della proteina antiapoptotica Bcl-2 che ha il ruolo di prevenire gli effetti apoptogeni dello zinco. L’effetto apoptotico individuato nelle cellule prostatiche è un importante risultato che bisogna approfondire e studiare maggiormente per cercare di capire meglio il ruolo ed i meccanismi che lo zinco esplica anche in altre forme tumorali. Nello stesso tempo, si può affermare che la presenza dello zinco in queste cellule ha una notevole importanza dandoci la possibilità di poter individuare nuovi approcci per il trattamento e la possibile prevenzione del cancro alla prostata.