INIBITORI DELLA SINTESI
DEGLI ACIDI NUCLEICI
Nicasio Mancini
04/12/2008
1
Topoisomerasi IV
2
E. coli
~ 2 μm
Cromosoma ~ 2 mm
3
4
5
Il superavvolgimento (supercoiling) del DNA
non è solo indotto dalla necessità di
compattarsi all’interno della cellula ma è una
proprietà intrinseca del DNA stesso
Fondamentale importanza dei fattori che
regolano il superavvolgimento del DNA nei
meccanismi di trascrizione, replicazione,
trasposizione:
TOPOISOMERASI
6
7
REPLICAZIONE DEL DNA
8
REPLICAZIONE DEL DNA
( t
(catena
veloce)
l
)
Topoisomerasi IV
9
REPLICAZIONE DEL DNA
( t
(catena
lenta)
l t )
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TRASCRIZIONE DEL DNA
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RICOMBINAZIONE DEL DNA
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I CHINOLONI
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CARATTERISTICHE GENERALI
•
Farmaci di SINTESI la cui attività
antibatterica fu evidenziata
casualmente nei processi di
produzione della clorochina
•
Sviluppo per migliorarne le
caratteristiche farmacocinetiche e
lo spettro d’azione
– 1a generazione (metà anni ‘60)
60)
– 2a generazione (metà anni ’80)
– 3a generazione (fine anni ‘90)
•
Piccole molecole idrofiliche o
anfotere a seconda del pH
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2a generazione
(migliore
farmacocinetica ed
ampliamento dello
spettro d’azione anche
ai gram-positivi)
FLUOROCHINOLONI
3a generazione
(maggiore attività su
anaerobi e patogeni
atipici)
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MECCANISMO DI INGRESSO
•
GRAM-POSITIVI
Meccanismi non saturabili
energia-indipendenti
Peptidoglycan-teichoic acid
Lipoteichoic acid
•
•
Diffusione passiva attraverso i
rivestimenti esterni (OmpF nei
gram-negativa)
Cytoplasmic membrane
Cytoplasm
Capacità di attraversare le
membrane (rapida diffusione
passiva anche attraverso la
membrana citoplasmatica
interna)
Buona penetrazione all’interno
delle cellule eucariotiche
GRAM-NEGATIVI
Porin
Outer Membrane
Perip
plasmic space
•
Lipopolysaccharide
Braun lipoprotein
Inner (cytoplasmic) membrane
Cytoplasm
16
MECCANISMO D’AZIONE
•
Doppio target:
– DNA girasi (topoisomerasi II):
soprattutto nei gram-negativi
– Topoisomerasi IV: soprattutto
nei gram-positivi
•
Dettagli molecolari ancora non
ben compresi
•
Possibile formazione di
complessi enzima-DNA-farmaco
p
che bloccano la replicazione
degli acidi nucleici (MODELLO
COOPERATIVO)
•
Altri possibili fattori (proteine ?)
intervengono in questa fase
•
Potente ATTIVITÀ
BATTERICIDA
17
Morrissey I et al., AAC, 40: 1775-1784, 1996
18
MECCANISMI DI RESISTENZA
• SINTESI DI UN
TARGET ALTERATO
• PROTEZIONE DEL
TARGET
• EFFLUSSO
DELL’ANTIBIOTICO
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MECCANISMI DI RESISTENZA (1) –
SINTESI DI UN TARGET ALTERATO
•
RESISTENZA
CROMOSOMICA
•
Mutazioni puntiformi in
regioni precise di ciascuna
delle due subunità dei due
enzimi (QRDR: quinoloneresistance-determining
region)
•
Mutazioni successive
•
Efetto più importante per
mutazioni di subunità GyrA
(gram-negativi) e ParC
(gram-positivi)
20
MUTAZIONI GENI GyrA
y E ParC
21
MUTAZIONI GENI GyrB
y E ParE
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MECCANISMI DI RESISTENZA (2) –
PROTEZIONE DEL TARGET
•
RESISTENZA PLASMIDICA
•
Mediata da diverse classi di
geni Qnr che codificano per
una proteina di circa 220 aa
•
La proteina QnrA previene il
legame dei chinoloni alle
topoisomerasi di tipo II
•
Franca resistenza ai
chinoloni e ridotta sensibilità
chinoloni,
ai fluorochinoloni
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MECCANISMI DI RESISTENZA (3) –
EFFLUSSO DELL
DELL’ANTIBIOTICO
ANTIBIOTICO
•
Mediata da trasportatori attivi
di membrana
•
Iperespressione di pompe
multiantibiotico:
–
–
–
–
NorA (S. aureus)
PmrA (S.
(S pneumoniae)
MexD (P. aeruginosa)
MexF (P. aeruginosa)
•
RESISTENZA
CROMOSOMICA
•
Possibile associazione con
meccanismi di downregulation di porine per i
gram-negativi
24
POMPE MDR
25
LA RIFAMPICINA
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CARATTERISTICHE GENERALI
•
Antibiotico semisintetico che
inibisce la subunità β della RNApolimerasi DNA-dipendente
batterica
•
Meccanismo di resistenza
associato a mutazioni concentrate
in una regione di 69 bp del gene
rpoB (RRDR: rifampin-resistancedetermining region)
•
Utilità clinica in casi di
micobatteriosi
•
Utilizzato sempre in associazione
con altri farmaci per limitare
l’isorgenza di resistenze
27
RRDR
28
IL SINERGISMO
TRIMETHOPRIM - SULFAMIDICI
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CARATTERISTICHE GENERALI
•
Molecole semisintetiche che
agiscono su fasi successive della
sintesi dell’acido tetraidrofolico
•
Le cellule eucariotiche NON sono in
grado di sintetizzare il THF dal
PABA ma devono utilizzare
di tt
direttamente
t l’l’acido
id ffolico
li
•
SULFAMIDICI: inibitori competitivi
p
dell’enzima DHPS a seguito di
omologie strutturali con il vero
(
)
substrato (PABA)
•
TRIMETHOPRIM: inibitore
p
dell’enzima DHFR a
competitivo
seguito di omologie strutturali con il
vero substrato (DHF)
30
VIA BIOSINTETICA DEL THFA
DHPS
DHFR
31
RUOLO DEL THFA
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MECCANISMI DI RESISTENZA
• EFFLUSSO O
DIMINUITA
PENETRAZIONE
DELL ANTIBIOTICO
DELL’ANTIBIOTICO
• SINTESI DI UN
TARGET ALTERATO
O IPERPRODUZIONE
DEL TARGET
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IL METRONIDAZOLO
34
CARATTERISTICHE GENERALI
•
Farmaco molto attivo sui batteri
anaerobi
•
Attivazione della molecola a seguito
della riduzione in posizione 5’
•
Molecola attivata solo da batteri
con un basso potenziale redox
interno (anaerobi)
•
La molecola attivata agisce
sottraendo elettroni dalla doppia
elica di DNA destabilizzandola
•
Meccanismi di resistenza legati a
problemi di uptake
35
BREVI CONSIDERAZIONI
CONCLUSIVE
36
NEL 1988 IN UK PRIMO
ISOLATO DI ENTEROCOCCO
VANCOMICINO RESISTENTE
VANCOMICINO-RESISTENTE
(VRE)
EMERGENZA DELLA RESISTENZA
Anni per
Anni per
osservare
25%
osservare
resistenza di resistenza
in ospedale
Antibiotico
Anno di
introduzione
Penicillina
1941
0-2
Meticillina
1961
1
6
25-30
Anni per
osservare 25%
di resistenza
in comunità
15-20
DISTRIBUZIONE DIVERSA
DELLE RESISTENZE IN
COMUNITÀ FRA EUROPA E
USA
40
Oggi fino al 60-70% degli stafilococchi ospedalieri è
resistente alla meticillina
34
14
VRSA
34
37
35
L’EMERGENZA
L
EMERGENZA DI ISOLATI
MULTIRESISTENTI RENDE
ASSOLUTAMENTE NECESSARIO
L’AMPLIAMENTO
DELL’ARMAMENTARIO
ANTIBATTERICO A NOSTRA
DISPOSIZIONE
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POSSIBILI STRATEGIE
• SINTESI DI MOLECOLE CON MIGLIORI
CARATTERISTICHE DI SPETTRO
D’AZIONE E FARMACOCINETICA IN
CLASSI GIÀ ESISTENTI
• IDENTIFICAZIONE DI NUOVE MOLECOLE
DIRETTE CONTRO NUOVI TARGET
• APPROCCI ALTERNATIVI
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STATO DELL
DELL’ARTE
ARTE
•
Storicamente tre importanti funzioni
della cellula batterica hanno
rappresentato il bersaglio
dell’antibioticoterapia:
– SINTESI DELLA PARETE
– SINTESI PROTEICA
– METABOLISMO DEGLI ACIDI
NUCLEICI
•
Processi complessi determinati da
reazioni enzimatiche successive
•
SOLO UNA PICCOLA PARTE
DELLE REAZIONI COINVOLTE IN
UN DATO PROCESSO SONO
OGGI IL BERSAGLIO DI
MOLECOLE ANTIBIOTICHE
40
IDENTIFICAZIONE DI NUOVI
TARGET (1)
•
IDENTIFICARE NUOVI BERSAGLI IN
VIE BIOSINTETICHE GIÀ
SFRUTTATE IN
ANTIBIOTICOTERAPIA
41
IDENTIFICAZIONE DI NUOVI
TARGET (2)
2) IDENTIFICARE NUOVI BERSAGLI A
SEGUITO DELLA MIGLIORE
COMPRENSIONE DI ALCUNI
ASPETTI DELLA FISIOLOGIA DEL
BATTERIO
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IDENTIFICAZIONE DI NUOVI
TARGET (3)
3) SVILUPPO DI MOLECOLE DI NUOVA
CONCEZIONE
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NUOVE MOLECOLE
MOLECOLE:
DAPTOMICINA
44
Cellular membrane
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DAPTOMICINA (1)
• Membro di una nuova classe
di antibiotici già approvata
negli USA
• Lipopeptide ciclico
naturalmente prodotto da
Streptomyces reoseosporus
•
Peculiare meccanismo
d’azione
•
Attivo
A
i suii b
batterii grampositivi (compresi MRSA;
VRE e S. pneumoniae
multiresistenti)
lti i t ti)
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DAPTOMICINA (2)
• Attività calcio-dipendente
• Modifiche strutturali che ne
permettono l’oligomerizzazione
all’interno della membrana
• Alterazione dei flussi osmotici e
probabili successivi altri effetti
intracellulari
•
Selettività d
d’azione
azione assicurata
dalla diversità delle cariche
elettrostatiche di membrana tra
cellula procariotica e cellula
eucariotica
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