lunes, 12 de enero de 2015

Kinasas, factores de crecimiento y nuevos antitumorales. El caso de nintedanib.

Protejamos la investigación e innovación farmacéutica. 
Nos permite cosas tan importantes como curarnos, vivir mejor, 
conocernos, aprender y progresar. 
(proverbio plutoniano anónimo)

Introducción

Tras publicar el pasado 01/01/2015 un artículo sobre paclitaxel y docetaxel (1), paso a revisar en esta ocasión un fármaco que acaba de ser indicado el 08/01/2015 por la Agencia Europea del Medicamento (EMA), bajo el nombre comercial de Vargatef® (nintedanib), como tratamiento de segunda línea para el cáncer de pulmón no microcítico, precisamente en terapia conjunta con docetaxel (2). Este fármaco también se utiliza en el tratamiento de enfermedades tan graves como son la fibrosis pulmonar idiopática, aprobado el 15/10/2014 por la FDA como Ofev® (6;9), y el hepatocarcinoma celular, actualmente en investigación su tratamiento con nintedanib (5). 

Nintedanib (BIBF 1120 en los EE.CC) pertenece a un grupo muy amplio de fármacos inhibidores de kinasas, que están resultando enormemente prometedores en el tratamiento de numerosas enfermedades: fibrosis pulmonar idiopática (6;9), glaucoma (ver mi tuit para más detalle),  diversos tipos de tumores, etc.

Las kinasas son enzimas clave que actúan en multitud de procesos de transducción y señalización celular. Mediante la transferencia de grupos fosfato procedentes del ATP a otras macromoléculas que son sus sustratos, las kinasas producen la activación de las mismas para que éstas, a su vez, ejecuten acciones sobre otros sustratos; muchas veces estas acciones subsiguientes también son de tipo kinasa. De este modo se conforman auténticas cascadas de señalización celular, cuyo efecto final se traduce en diferentes respuestas fisiológicas y bioquímicas.

En general, el proceso de activación de macromoléculas dependiente de kinasas, deriva del hecho de que la adición de grupos fosfato a esos sustratos, produce cambios conformacionales en su estructura molecular que descubren sitios activos de la misma, lo que desencadena subsiguientes acciones enzimáticas que, en muchas ocasiones, son también acciones tipo kinasa. La fosforilación procedente de las kinasas normalmente se produce en residuos aminoacídicos Ser, Thr y Tyr de sus macromoléculas sustrato.

En el caso que nos ocupa, son de destacar los procesos de transducción asociados a receptores de factores de crecimiento, que presentan actividad enzimática intrínseca tipo kinasa, y cuyo funcionamiento defectuoso está implicado en la aparición de numerosos tipos de cáncer, ya que sus cascadas de transducción están relacionadas con la activación de factores de transcripción de efecto mitógeno, hiperplásico y de diferenciación celular. De este tema nos ocuparemos más adelante en este artículo. Igualmente, sustancias que producen un funcionamiento defectuoso de kinasas, son potentes agentes carcinógenos, como es el caso de los ésteres de forbol presentes en especies de las familias Euphorbiacaeae Thymelaeaceae, que son potentes estimuladores de la kinasa PKC (7). Igualmente, defectos genéticos en kinasas, como es el caso de la BCR-ABL, son un factor de riesgo en la aparición de tumores que, en el caso BCR-ABL, consisten en diferentes tipos de leucemias (10;11).

En este artículo me centraré en la utilización de Vargatef® (nintedanib) en el tratamiento de los tipos avanzados, refractarios y/o metastásicos de carcinoma de pulmón no microcítico, tal y como se ha indicado por la EMA (2).

Empleo de Vargatef® en carcinoma de pulmón

En el caso que nos ocupa destacan los receptores de factores de crecimiento que, además de esta función, presentan actividad intrínseca enzimática de tipo tirosina-kinasa, que se pone de manifiesto al unirse al factor de crecimiento correspondiente. Entre estos receptores, destacan los de los siguientes factores de crecimiento: EGF (factor de crecimiento epidérmico), FGF (factor de crecimiento de los fibroblastos), VEGF (factor de crecimiento del endotelio vascular) y PDGF (factor de crecimiento derivado de las plaquetas).

Los receptores de estos factores de crecimiento son proteínas integrales de membrana celular, que la atraviesan, presentando dominios extracelular, intracelular y transmembrana, con diversas funciones entre las que destacan:
  • Dominio extracelular: unión al factor de crecimiento, que estimula la actividad kinasa del dominio intracelular a través de diferentes mecanismos.
  • Dominio transmembrana: fijación del receptor a la membrana lipídica.
  • Dominio intracelular, que es una enzima tirosina-kinasa que lanza diversas cascadas de señalización celular tras unirse al factor de crecimiento a través del dominio extracelular. Muchas de estas cascadas, con efectos hiperplásicos, mitógenos y de diferenciación celular.
Como quiera que en muchos procesos tumorales existe una actividad excesiva de estas kinasas, bien debida a una sobreexpresión de las mismas, bien a un exceso de estimulación por sus ligandos extracelulares (factores de crecimiento), o bien por una ausencia de control celular sobre la cascada de transducción que ellas mismas originan, la inhibición es una estrategia válida en la lucha con determinados tipos de cáncer de esta etiología.

Actualmente, el modo de inhibir el funcionamiento de estos receptores es, bien mediante anticuerpos monoclonales (especialidades -mab como bevacizumab), que bloquean el dominio extracelular evitando su unión a factores de crecimiento, bien mediante inhibidores del dominio enzimático tirosina-kinasa intracelular (especialidades -nib), que es el mecanismo de nintedanib. En este último caso la inhibición puede ser, bien mediante unión al sitio donde liga la molécula de ATP (caso de nintedanib), bien mediante unión alostérica, en otro sitio diferente al que liga el ATP, pero con efecto similar. Otras estrategias diferentes consisten en inhibir kinasas presentes en la cascada de transducción de la kinasa que tiene un funcionamiento defectuoso. La mayoría de las especialidades "-nib" están disponibles para administración oral.

Nintedanib inhibe las tres kinasas de los receptores de los factores de crecimiento VEGF, FGF y PDGF. Esto es importante porque, entre las funciones de estos receptores de factores de crecimiento, está la promoción de procesos angiogénicos por sendas vías. Tales procesos son vitales para el desarrollo de tumores sólidos, ya que el rápido crecimiento de los mismos hace necesario el aporte de gran cantidad de recursos (nutrientes, oxígeno, etc) a través de una red capilar bien desarrollada por medio de los mencionados procesos angiogénicos. De este modo, nintedanib no interrumpe directamente la neoplasia de células tumorales, como hace su compañero de indicación, docetaxel; por el contrario inhibe la diferenciación y crecimiento de células no tumorales que están asociadas con la génesis vascular necesaria para el mantenimiento del crecimiento del tumor sólido. (nota: en el tratamiento del hepatocarcinoma celular, actualmente en estudio, sí que actúa directamente sobre células tumorales como se comentará a continuación (5))

Por lo tanto nintedanib es un triple inhibidor de kinasas angiogénicas. Este hecho le confiere ventajas frente a otros agentes antiangiogénicos antitumorales como es sorafenib. Ello es debido al conocido proceso de creación de resistencias de las células tumorales frente a la quimioterapia, que hace que cuando se inhibe una vía de crecimiento tumoral, las células tumorales acaben utilizando vías alternativas por medio de mecanismos evolutivos. Es por ello que, en el tratamiento del cáncer, se utiliza la politerapia con el objetivo de reducir las probabilidades de generación evolutiva de vías alternativas a tantas inhibiciones simultáneas de crecimiento tumoral como se consiguen con la politerapia. En este sentido nintedanib actúa como un triple fármaco, inhibiendo simultáneamente tres vías de crecimiento angiogénico, en linea con las pautas de tratamiento tumoral indicadas. 

¿Cómo realiza nintedanib esta inhibición?. Las enzima kinasas actúan fosforilando sus sustratos mediante la utilización de un grupo fosfato de la molécula de ATP, que pasa a ADP en el proceso, y lo transfieren a los mencionados sustratos. Por ello las kinasas presentan un sitio activo al que liga la molécula de ATP. Nintedanib, igual que algunos otros inhibidores de kinasas, ocupa el lugar de la molécula de ATP en el sitio activo de la enzima. A continuación puede observarse el parecido estructural de ambas moléculas; mediante círculos se indican los grupos involucrados en enlaces por puentes de hidrógeno, con los que ambas se acomodan al sitio activo de la kinasa.  



ATP
nintedanib



Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). Se muestran las interacciones por puentes de hidrógeno con aminoácidos (Lys, Glu, Cys) del dominio tirosina-kinasa del receptor.  
Inhibir una kinasa diana mediante emulación de una molécula como es el ATP, que se introduce en el sitio activo de todas las kinasas, es una labor arriesgada puesto que ello puede traer consigo la inhibición de kinasas que no se desea, con la aparición de las correspondientes reacciones adversas del fármaco. Estas reacciones adversas son potencialmente peligrosas si se tiene en cuenta que las kinasas desempeñan funciones bioquímicas clave en multitud de procesos fisiológicos y que son muy numerosas. En este sentido, el grupo 6-metoxicarbonil sombreado en la figura siguiente es clave, ya que es lo que proporciona a nintedanib la selectividad de acción sobre VEGF, FGF y PDGF, entre la mayoría de las kinasas (4). 


Figura. Grupo responsable de la selectividad.


El por qué de esta selectividad puede entenderse a través de la imagen siguiente, en la que se puede apreciar el modo en que el grupo 6-metoxicarbonil se incluye dentro de un bolsillo hidrófobo presente en las kinasas diana, pero no presente o, presente con diferente geometría, en otras kinasas. 

Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). En verde se muestra la superficie de interacciones hidrófilas e hidrófobas en torno al fármaco en el sitio de unión.  

Hay que decir que, a pesar de la fuerte selectividad sobre las enzimas diana indicadas, se producen también, inevitablemente, efectos sobre otras kinasas. Entre estos efectos es de destacar el que se produce sobre otras kinasas no angiogénicas, y que justifica mecanismos antitumorales no basados en el bloqueo vascular del tumor, como en el caso que se está estudiando, sino en procesos que afectan directamente a las células tumorales, mecanismos actualmente en investigación para el tratamiento del carcinoma hepatocelular con nintedanib (3,5).

Además del grupo 6-metoxicarbonil y la indolinona implicada en los puentes de hidrógeno indicados anteriormente, también es clave la función del grupo anilino, debido a las interacciones hidrófobas de las que es sujeto (4) (ver siguiente figura).

Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). Se destacan las interacciones hidrófobas mediante líneas verdes discontínuas. Se indica mediante óvalo rojo el anillo aromático del grupo anilino.
Por lo tanto, podría considerarse el siguiente grupo como farmacóforo.


Figura. Grupo farmacóforo. Elaboración propia. 

A continuación se comentan las funciones de la cadena lateral situada en posición 4 del grupo anilino. No tiene por qué tener la estructura química presente en nintedanib, por ello no se  ha incluido en el grupo farmacóforo. Sin embargo debe de presentar ciertas características como son la hidrofilia (ver en la imagen siguiente su interacción con una zona hidrófila de la enzima). Además se postula que el nitrógeno terciario de la piperidina enlaza vía puentes de hidrógeno con un residuo de glutamato de la enzima (4). 
Figura. Cadena lateral.

Elaboración propia utilizando la herramienta RCSB PDB (3C7Q). Se muestra la superficie de interacciones hidrófilas e hidrófobas en torno al fármaco en el sitio de unión. En marrón áreas hidrófobas, azul hidrófilas y en blanco neutras. Se enmarca en un óvalo rojo la interacción hidrófila de la cadena lateral indicada más arriba. 

Bibliografía


(1) Club Sanitario. "Descubrimiento de nuevos fármacos. El caso de paclitaxel". Club Sanitario 2014http://blog.farmazia.net/2015/01/descubrimiento-de-nuevos-farmacos-el.html

(2) European public assessment report  from EMA. "Vargatef. Nintedanib". EMA, 2015. http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/EPAR_-_Summary_for_the_public/human/002569/WC500179973.pdf

(3) Reck M. et Al. "Docetaxel plus nintedanib versus docetaxel plus placebo in patients with previously treated non-small-cell lung cancer (LUME-Lung 1): a phase 3, double-blind, randomised controlled trial". Lancet Oncol 2014; 15: 143–55.

(4) Roth G.J. et Al. "Design, Synthesis, and Evaluation of Indolinones as Triple Angiokinase Inhibitors and the Discovery of a Highly Specific 6-Methoxycarbonyl-Substituted Indolinone (BIBF 1120)". J. Med. Chem. 2009; 52, 4.466–4.480. 

(5) Wei-Tien Tai1, Chung-Wai Shiau , Yong-Shi Li, Chun-Wei Chang, Jui-Wen Huang, Ting-Ting Hsueh, Hui-Chuan Yu, Kuen-Feng Chen. "Nintedanib (BIBF-1120) inhibits hepatocellular carcinoma growth independent of angiokinase activity". Journal of Hepatology 2014; 61: 89–97. 

(6) "Boehringer Ingelheim Introduces OFEV (nintedanib) in U.S". Manufacturing Close - Up 2014 Oct 28.

(7) Goel G., Makkar H.P.S, Francis G. and Becker K. "Phorbol Esters: Structure, Biological Activity, and Toxicity in Animals". International Journal of Toxicology, 200726:279–288. 

(8) VU University Medical Center, Amsterdam. "5th International meeting on angiogenesis. Abstracts". Angiogenesis, 2014 17:711–777.

(9) Richeldi L. et Al. "Design of the INPULSIS trials: Two phase 3 trials of nintedanib in patients with idiopathic pulmonary fibrosis". Respiratory Medicine, 2014 108: 1.023-1.030.

(10) Ren R. "Mechanisms of BCR–ABL in the pathogenesis of chronic myelogenous leukaemia". Nature Publishing Group, 20055:172-183.

(11) Adrián F.J. et Al. "Allosteric inhibitors of Bcr-abl–dependent cell proliferation". Nature Chemical Biology, 2006; 2(2):95-102.

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