Relazioni struttura-attivitàModifica
La struttura centrale dei SERM simula il modello del 17β-estradiolo. Hanno due anelli aromatici separati da 1-3 atomi (spesso una disposizione di tipo stilbene). Tra i due fenili del nucleo, i SERM hanno tipicamente un gruppo fenilico 4-sostituito che, quando si lega all’ER, si proietta da una posizione di un nucleo di estratriene in modo che l’elica 12 si sposti dall’apertura del recettore e blocchi lo spazio dove le proteine coattivatrici normalmente si legherebbero e causerebbero l’attività agonista dell’ER. Ci sono state molte variazioni nella parte centrale dei SERM, mentre c’è stata meno flessibilità con ciò che è tollerato nella catena laterale. I SERM possono essere classificati in base alla loro struttura del nucleo.
Trifeniletileni di prima generazioneModifica
La prima classe strutturale principale di molecole di tipo SERM riportate sono i trifeniletileni. Il nucleo stilbene (simile all’estrogeno non steroideo, dietilstilbestrolo) imita essenzialmente gli estrogeni steroidei come il 17β-estradiolo, mentre la catena laterale si sovrappone all’11° posizione del nucleo dello steroide (vedi figura 5). I derivati del trifeniletilene hanno un ulteriore gruppo fenile attaccato al gruppo a ponte dell’etilene. La capacità di legame H in 3 posizioni dei fenoli è un requisito significativo per il legame ER.
Il primo farmaco, il clomifene (2–N,N-dietiletanamina; 2-idrossi-1,2,3-propanetricarboxylate; vedi figura 6) ha un sostituente cloro sulla catena laterale dell’etilene che produce affinità di legame simili a quelle del tamoxifene, farmaco scoperto più tardi. Il clomifene è una miscela di isomeri estrogenici (forma cis) e antiestrogenici (forma trans). Cis e trans sono definiti in termini di relazioni geometriche dei due anelli fenilici non sostituiti. I due isomeri del clomifene hanno profili diversi, dove la forma trans ha un’attività più simile al tamoxifene mentre la forma cis si comporta più come il 17β-estradiolo. Il cis è circa dieci volte più potente del trans. Tuttavia, l’isomero trans è il più potente stimolatore dell’ipertrofia delle cellule epiteliali poiché il clomifene è antagonista a basse dosi e agonista ad alte dosi. Gli isomeri antagonisti possono causare effetti estrogenici inibitori nell’utero e nei tumori mammari, ma l’isomero estrogenico potrebbe combinarsi con nuovi recettori per produrre effetti simili agli estrogeni nelle ossa.
Tamoxifene ((Z)-2–N,N-dimetil-etanamina; vedi figura 7) è diventato il trattamento di scelta per le donne con diagnosi di tutte le fasi del cancro al seno ormono-responsivo, cioè il cancro al seno che è sia ER e/o progesterone positivo. Negli Stati Uniti, viene anche somministrato per la chemioprevenzione profilattica nelle donne identificate come ad alto rischio di cancro al seno. Il tamoxifene è un trans-isomero antiestrogenico puro e ha azioni differenziate nei tessuti bersaglio degli estrogeni in tutto il corpo. Il tamoxifene è selettivamente antiestrogenico nel seno ma estrogeno-simile nelle ossa e nel cancro endometriale. Il tamoxifene subisce il metabolismo di fase I nel fegato dagli enzimi microsomiali del citocromo P450 (CYP). I principali metaboliti del tamoxifene sono N-desmethyltamoxifen e 4-hydroxytamoxifen.
La struttura cristallografica del 4-hydroxytamoxifen interagisce con gli aminoacidi dell’ER all’interno del dominio legante. Il contatto tra il gruppo fenolico, la molecola d’acqua e il glutammato e l’arginina nel recettore (ERα; Glu 353/Arg 394) si risolve in un legame ad alta affinità in modo che il 4-idrossi tamoxifene, con un anello fenolico che assomiglia all’anello A del 17β-estradiolo, ha un’affinità relativa di legame più di 100 volte superiore al tamoxifene, che non ha fenolo. Se il suo gruppo OH viene eliminato o la sua posizione viene cambiata, l’affinità di legame si riduce.
La parte trifeniletilenica e la catena laterale sono necessarie per il legame del tamoxifene all’ER, mentre per il 4-idrossitamoxifene, la catena laterale e il fenil-propene non appaiono come elementi strutturali cruciali per il legame all’ER. La basicità e la lunghezza della catena laterale non sembrano giocare un ruolo cruciale per l’affinità di legame del tamoxifene all’ER né l’anello β del tamoxifene, ma la parte stilbenica del tamoxifene è necessaria per il legame all’ER. Il gruppo idrossile è di particolare importanza per il legame all’ER del 4-idrossitossifene, e la catena laterale etilica del tamoxifene sporge dal dominio legante dell’ER.
Poche utilizzatrici di tamoxifene hanno sofferto di un aumento dei tassi di cancro all’utero, vampate di calore e tromboembolismi. Il farmaco può anche causare epatocarcinomi nei ratti. Questo è probabilmente dovuto al gruppo etilico del nucleo stilbenico del tamoxifene che è soggetto ad attivazione ossidativa allilica che causa l’alchilazione del DNA e la scissione del filamento. Questo problema viene poi corretto nel toremifene. Il tamoxifene è più promiscuo del raloxifene nei siti bersaglio a causa della relazione tra l’aminoacido di ER in Asp-351 e la catena laterale antiestrogenica del SERM. La catena laterale del tamoxifene non può neutralizzare Asp-351, quindi il sito influenza allostericamente AF-1 all’estremità prossimale dell’ER. Questo problema è stato risolto con il farmaco di seconda generazione raloxifene.
Toremifene (toremifene citrato; vedi figura 8), chimicamente designato come 2-(p-fenossi)-N,N-dimetiletilamina citrato, è un derivato clorurato dell’antiestrogeno non steroideo trifeniletilene tamoxifene con un sostituente cloro alla catena laterale etilene che produce affinità di legame simile a quella del tamoxifene. Il rapporto tra struttura e attività del toremifene è simile a quello del tamoxifene, ma ha un miglioramento sostanziale rispetto al vecchio farmaco per quanto riguarda l’alchilazione del DNA. La presenza dell’atomo di cloro aggiunto riduce la stabilità dei cationi formati dai metaboliti allilici attivati e quindi diminuisce il potenziale di alchilazione, e infatti il toremifene non mostra la formazione di addotti al DNA negli epatociti dei roditori. Toremifene protegge contro la perdita ossea in modelli di ratti ovariectomizzati e colpisce clinicamente i marcatori di riassorbimento osseo in modo simile al tamoxifene. Toremifene subisce il metabolismo di fase I dagli enzimi microsomiali del citocromo P450, come il tamoxifene, ma principalmente dall’isoforma CYP3A4. Toremifene forma i suoi due principali metaboliti N-desmethyltoremifene e deaminohydroxy-toremifene (ospemifene) subendo N-demethylation e deamination-hydroxylation. L’N-desmethyltoremifene ha un’efficacia simile a quella del toremifene, mentre il 4-hydroxytoremifene ha una maggiore affinità di legame all’ER rispetto al toremifene. Il 4-idrossitemifene ha un ruolo simile a quello del 4-idrossitemifene.
Benzotiofeni di seconda generazioneModifica
Raloxifene (-fenil]-metanone; vedi figura 9) appartiene alla seconda generazione di farmaci SERM benzotifenici. Ha un’alta affinità per l’ER con una potente attività antiestrogenica ed effetti tessuto-specifici distinti dall’estradiolo. Il raloxifene è un agonista ER nelle ossa e nel sistema cardiovascolare, ma nel tessuto mammario e nell’endometrio agisce come un antagonista ER. È ampiamente metabolizzato per coniugazione glucuronide nell’intestino e a causa di ciò ha una bassa biodisponibilità di solo il 2% mentre quella di tamoxifene e toremifene è circa il 100%.
Il vantaggio del raloxifene rispetto al tamoxifene trifeniletilene è un effetto ridotto sull’utero. Il gruppo cerniera flessibile, così come la catena laterale fenil 4-piperidinoetossi antiestrogenica, sono importanti per minimizzare gli effetti sull’utero. A causa della sua flessibilità la catena laterale può ottenere una disposizione ortogonale rispetto al nucleo in modo che l’ammina della catena laterale del raloxifene sia 1 Å più vicina del tamoxifene all’amminoacido Asp-351 nel dominio di legame del ligando di ERα.
Il ruolo critico dell’intima relazione tra la catena laterale idrofoba del raloxifene e il residuo idrofobico del recettore per cambiare sia la forma che la carica della superficie esterna di un complesso SERM-ER è stato confermato con derivati del raloxifene. Quando la distanza interattiva tra il raloxifene e l’Asp-351 viene aumentata da 2,7 Å a 3,5-5 Å, ciò provoca un aumento dell’azione simile agli estrogeni del complesso raloxifene-ERα. Quando l’anello di piperidina del raloxifene è sostituito da cicloesano, il ligando perde le proprietà antiestrogeniche e diventa un agonista completo. L’interazione tra la catena laterale antiestrogenica del SERM e l’amminoacido Asp-351 è il primo passo importante nel silenziamento di AF-2. Essa sposta l’elica 12 lontano dalla tasca di legame del ligando, impedendo così ai coattivatori di legarsi al complesso SERM-ER.
Terza generazioneEdit
I composti di terza generazione non mostrano alcuna stimolazione uterina, una migliore potenza, nessun aumento significativo delle vampate di calore o anche una combinazione di questi attributi positivi.
Modifiche del primo SERM diidronaftalene, la nafoxidina (vedi figura 10) che era un candidato clinico per il trattamento del cancro al seno ma aveva effetti collaterali tra cui una grave fototossicità, hanno portato al lasofoxifene ((5R,6S)-6-fenil-5–5,6,7,8-tetraidro-naftalene-2-olo; vedi figura 11). La nafoxidina ha tutti e tre i fenili costretti in una disposizione complanare come il tamoxifene. Ma con l’idrogenazione, il doppio legame del nafoxidene è stato ridotto, ed entrambi i fenili sono orientati cis. La catena laterale amminica può quindi adottare una conformazione assiale e posizionare questo gruppo ortogonalmente al piano del nucleo, come il ralofoxifene e altri SERM meno uterotropi.
Il lasofoxifene è tra i SERM più potenti riportati nella protezione contro la perdita ossea e nella riduzione del colesterolo. L’eccellente potenza orale di lasofoxifene è stata attribuita alla ridotta glucuronidazione intestinale del fenolo. A differenza del raloxifene, lasofoxifene soddisfa il requisito di un modello di farmacoforo che predice la resistenza alla glucuronidazione della parete intestinale. Il requisito strutturale è una topologia non planare con la massa sterica vicina al piano di un sistema aromatico biciclico fuso. Le interazioni tra l’ER e lasofoxifene sono coerenti con le caratteristiche generali del riconoscimento SERM-ER. La grande catena laterale flessibile di lasofoxifene termina con un gruppo di testa di pirrolidina e si dirige verso la superficie della proteina, dove interferisce direttamente con il posizionamento dell’elica AF-2. Un ponte salino si forma tra lasofoxifene e Asp-351. La neutralizzazione della carica in questa regione ER può spiegare alcuni effetti antiestrogenici esercitati dal lasofoxifene.
Il sistema indolico è servito come unità centrale nei SERM, e quando un’ammina è attaccata all’indolo con un benzilossietilico, i composti risultanti hanno dimostrato di non avere attività uterina preclinica mentre risparmiano l’osso del ratto con piena efficacia a basse dosi. Bazedoxifene (1H-indo-5-ol,1-methyl]2-(-4-hydroxyphenlyl)-3-methyl; vedi figura 10] acido acetico) è uno di questi composti. Il dominio di legame del nucleo è costituito da un indolo 2-fenil-3-metile e da un anello di esametilenamina nella regione di affezione della catena laterale. È metabolizzato dalla glucuronidazione, con una biodisponibilità assoluta del 6,2%, 3 volte superiore a quella del raloxifene. Ha effetti agonistici sul metabolismo osseo e lipidico ma non sull’endometrio mammario e uterino. È ben tollerato e non mostra alcun aumento nell’incidenza di vampate di calore, ipertrofia uterina o tenerezza del seno.
Ospemifene (Z-2-(4-(4-cloro-1,2-difenil-but-1-enil)fenossi)etanolo; vedi figura 13) è un trifeniletilene e un noto metabolita del toremifene. È strutturalmente molto simile al tamoxifene e al toremifene. Ospemifene non ha gruppo 2-(dimetilammino)etossico come il tamoxifene. Gli studi di relazione struttura-attività hanno dimostrato che rimuovendo quel gruppo del tamoxifene l’attività agonistica nell’utero era significativamente ridotta, ma non nelle ossa e nel sistema cardiovascolare. I dati preclinici e clinici mostrano che l’ospemifene è ben tollerato senza grandi effetti collaterali. I vantaggi che ospemifene può avere rispetto ad altri SERM è il suo effetto neutro sulle vampate di calore e l’effetto ER-agonista sulla vagina, migliorando i sintomi della secchezza vaginale.
Modalità di legameModifica
I SERM sono noti per avere quattro modalità distintive di legame all’ER. Una di queste caratteristiche sono i forti legami idrogeno tra il ligando e l’Arg-394 e il Glu-353 di ERα che rivestono la “tasca dell’anello A” e aiutano il ligando a rimanere nella tasca di legame di ER. Questo è diverso dal 17β-estradiolo che è legato a idrogeno a His-524 nella “tasca dell’anello D”. Altri legami distintivi alla tasca di legame del ligando sono con una struttura “core” quasi planare tipicamente composta da un eterociclo biarilico, equivalente all’anello A e all’anello B del 17β-estradiolo (vedi figura 14), al sito di legame corrispondente; una catena laterale ingombrante dalla struttura biarilica, analoga all’anello B del 17β-estradiolo e infine un secondo gruppo laterale che è l’equivalente dell’anello C e D e solitamente aromatico, riempie il volume restante della tasca di legame del ligando.
Le piccole differenze tra i due sottotipi di ER sono state utilizzate per sviluppare modulatori ER sottotipo-selettivi, ma l’alta somiglianza tra i due recettori rende lo sviluppo molto impegnativo. Gli amminoacidi nei domini leganti differiscono in due posizioni, Leu-384 e Met-421 in ERα e Met-336 e Ile-373 in ERβ, ma hanno idrofobicità e volumi di occupazione simili. Tuttavia, le forme e la barriera rotazionale dei residui aminoacidici non sono le stesse, portando a distinguere le facce α e β della cavità di legame tra ERα e ERβ. Questo provoca un legame preferenziale di ERα ai sostituenti del ligando che sono allineati verso il basso di fronte a Met-336, mentre i sostituenti del ligando allineati verso l’alto di fronte a Met-336 hanno più probabilità di legarsi a ERβ. Un’altra differenza è in Val-392 in ERα, che è sostituito da Met-344 in ERβ. Il volume della tasca di legame di ERβ è leggermente più piccolo e la forma un po’ diversa da quella di ERα. Molti ligandi ERβ-selettivi hanno una disposizione largamente planare poiché la cavità di legame di ERβ è leggermente più stretta di quella di ERα, tuttavia, questo da solo porta ad una modesta selettività. Per ottenere una forte selettività, il ligando deve porre dei sostituenti molto vicini a una o più delle differenze aminoacidiche tra ERα ed ERβ per creare una forte forza repulsiva verso l’altro sottotipo di recettore. Inoltre, la struttura del ligando deve essere rigida. Le interazioni repulsive possono altrimenti portare al cambiamento conformazionale del ligando e, quindi, alla creazione di modalità di legame alternative.
Trifeniletileni di prima generazioneModifica
Tamoxifen viene convertito dal citocromo epatico P450 nel 4-idrossitossifene ed è un antagonista più selettivo del sottotipo ERα rispetto a ERβ. Il 4-idrossitamossifene si lega agli ER all’interno della stessa tasca di legame che riconosce il 17β-estradiolo. Il riconoscimento recettoriale del 4-idrossitossifene sembra essere controllato da due caratteristiche strutturali del 4-idrossitossifene, l’anello A fenolico e la catena laterale ingombrante. L’anello fenolico A forma legami a idrogeno con i gruppi laterali di Arg-394, Glu-354 di ER e con l’acqua strutturalmente conservata. La catena laterale voluminosa, che sporge dalla cavità di legame, sposta l’elica 12 dalla tasca di legame del ligando per coprire parte della tasca di legame del coattivatore. La formazione del complesso ER-4-hydroxytamoxifen recluta le proteine corepressori. Questo porta a una diminuzione della sintesi del DNA e all’inibizione dell’attività degli estrogeni. Clomifene e torimefene producono affinità di legame simili a quelle del tamoxifene. Così, questi due farmaci sono antagonisti più selettivi del sottotipo ERα che ERβ.
Benzotiofeni di seconda generazioneModifica
Il raloxifene, come il 4-idrossitossifene, si lega a ERα con il gruppo idrossile del suo “anello A” fenolico (vedi figura 15) attraverso legami idrogeno con Arg-394 e Glu-353. Oltre a questi legami, il raloxifene forma un secondo legame a idrogeno con ER attraverso il gruppo laterale di His-524 a causa della presenza di un secondo gruppo idrossile nell'”anello D” (vedi figura 15). Anche questo legame a idrogeno è diverso da quello tra 17β-estradiolo e His-524, poiché l’anello imidazolico di His-524 è ruotato per contrastare la differenza della posizione dell’ossigeno nel raloxifene e nel 17β-estradiolo. Proprio come nel 4-hydroxytamoxifen, la voluminosa catena laterale del raloxifene sposta l’elica 12.
Terza generazioneEdit
L’interazione del lasofoxifene con ERα è tipica di quelle tra SERM-ERα come una topologia quasi planare (il carbociclo tetraidronapthalene), il legame a idrogeno con Arg-394 e Glu-353 e le catene laterali feniliche del lasofoxifene che riempiono il volume dell’anello C e dell’anello D della tasca legante. Il lasofoxifene devia l’elica 12 e impedisce il legame delle proteine coattivatrici con motivi LXXLL. Questo si ottiene con lasofoxifene che occupa lo spazio normalmente riempito dal gruppo laterale di Leu-540 e modula la conformazione dei residui dell’elica 11 (His-524, Leu-525). Inoltre, il lasofoxifene interferisce anche direttamente con il posizionamento dell’elica 12 tramite il gruppo etilpirrolidina del farmaco. Gli studi in vitro indicano che il bazedoxifene blocca competitivamente il 17β-estradiolo attraverso un legame elevato e simile sia all’ERα che all’ERβ. Bazedoxifene principale dominio vincolante è costituito dal 2-fenil-3-metilindolo e un anello hexamethylenamine nella regione interessata catena laterale.
Ospemifene è un metabolita deaminato ossidativo di toremifene come ha un legame simile a ER come toremifene e tamoxifene. Il legame competitivo a ERα e ERβ dei tre metaboliti 4-idrossi Ospemifene, 4′-idrossi Ospemifene e l’acido 4-idrossi-carbossilico a catena laterale Ospemifene è almeno altrettanto alto come il composto genitore.
Si può dire che il legame a ER è simile a quello del toremifene.