Kladrybina

Z BioInf

Kladrybina jako przykład leku celowanego wykorzystującego wysoką aktywność kinazy deoksycytydynowej w limfocytach.

2’-Deoksyadenozyna (dA) jest naturalnym składnikiem DNA. Nukleozyd ten jest dostarczany do wnętrza komórek przez białkowe transportery nukleozydowe. Wewnątrz komórek kinaza deoksycytydynowa (dCK) fosforyluje go do monofosforanu (dAMP), a nieswoiste kinazy nukleotydowe przeprowadzają dAMP w di-, a następnie w trifosforan (dADP i dATP; Ryc. 1). Mimo, że dA jest naturalnym nukleozydem, to jej nadmierne stężenie wewnątrz komórki jest cytotoksyczne [1].

Rys. 1.

Toksyczność dA ma miejsce m. in. w rzadko występującym zespole ciężkiego wrodzonego niedoboru odporności (ang. Severe Congenital Immunodeficiency Disease, SCID). Schorzenie to charakteryzuje się prawie zupełnym brakiem limfocytów, prowadzącym do śmierci. Na początku lat 70-tych Giblett i wsp. [2] powiązali SCID z wrodzonym niedoborem aktywności dezaminazy adenozynowej (ADA) w limfocytach. W przeciwieństwie do innych komórek organizmu, limfocyty nie dostosowują tempa fosforylacji dA do zapotrzebowania związanego z tempem syntezy DNA, lecz pobierają i fosforylują ją w sposób ciągły. W normalnych limfocytach nadmiar dA jest dezaminowany przez ADA do 2’-deoksyinozyny (dI), która następnie jest usuwana z komórek (Ryc. 1). W SCID niedobór ADA powoduje nadmierną akumulację fosforanów dA w limfocytach, prowadzącą do ich wybiórczej eliminacji (Ryc. 2).

Rys. 2.

Wyjaśnienie molekularnego mechanizmu odpowiedzialnego za selektywną eliminację limfocytów u dzieci ze SCID nasunęło pomysł wykorzystania farmakologicznego „modelu” tego schorzenia do leczenia chorób limfoproliferacyjnych, takich jak białaczki limfatyczne i złośliwe chłoniaki. Ponieważ choroby te polegają na rozroście nowotworowo zmienionych limfocytów, zastosowanie inhibitora ADA powinno powodować wybiórczą eliminację chorych komórek [3].

Kladrybina (INN: cladribine) jest nazwą farmaceutyczną 2-chloro-2’-deoksyadenozyny (2CdA). Substancja ta jest analogiem dA zawierającym w pozycji 2 pierścienia purynowego atom chloru zamiast atomu wodoru. Po raz pierwszy została zsyntetyzowana w roku 1972 przez Christensena i wsp. [4], którzy zaobserwowali jej aktywność cytotoksyczną wobec komórek mysiej białaczki L1210 in vitro. Choć jest ‘fałszywym’ nukleozydem, który od 2’-deoksyadenozyny różni się tylko jednym atomem, 2CdA jest słabym inhibitorem ADA [5], ale tylko w niewielkim stopniu jest przez ten enzym dezaminowana [6].

Na szczególną uwagę zasługuje wydajna fosforylacja tego nukleozydu przez dCK [7] (oraz, w mniejszym stopniu, przez mitochondrialną kinazę deoksyguanozynową [8] do monofosforanu (2CdA-MP), a następnie przez niespecyficzne kinazy nukleotydowe do di- i trifosforanu (2CdA-DP i 2CdA-TP) [9]. Prowadzi to do akumulacji fosforanów kladrybiny wewnątrz limfocytów (Ryc. 3).<p/>

Rys. 3.
<p>Po ekspozycji limfocytów na 2CdA sumaryczne wewnątrzlimfocytarne stężenie kladrybiny i jej fosforanów kilkusetkrotnie przewyższa zewnątrzkomórkowe stężenie leku [10]. Czynnikiem decydującym o wybiórczej toksyczności kladrybiny wobec limfocytów jest szczególnie wysoka aktywność dCK w tych komórkach [11,12]. Według niektórych autorów istotną rolę odgrywa także stosunkowo niska aktywność limfocytarnej 5’-nukleotydazy (5’-NT), enzymu defosforylującego 2CdA-MP do 2CdA [13] (Ryc. 4).

Rys. 4. Liliemark et al. [10]

Właściwością odróżniającą 2CdA od większości innych cytotoksycznych pochodnych nukleozydowych jest także to, że działa toksycznie zarówno na limfocyty pobudzone (proliferujące, replikujące DNA), jak i spoczynkowe [14]. W komórkach proliferujących difosforan 2CdA hamuje reduktazę rybonukleotydową, przez co zaburza równowagę w puli wewnątrzkomórkowych trifosforanów deoksyrybonukleozydowych) [15,16]. Natomiast trifosforan 2CdA jest inhibitorem polimeraz DNA a i b, co prowadzi do zaburzeń w replikacji DNA [17]. W limfocytach niedzielących się akumulacja trifosforanu kladrybiny prowadzi do zaburzeń w puli trifosforanów deoksyrybonukleozydowych, czego następstwem są zwiększona częstość pęknięć DNA i aktywacja endonukleaz [18]. Pierwotnie sądzono [19], że w odpowiedzi na uszkodzenia DNA dochodzi do aktywacji komórkowych procesów naprawczych wyczerpujących zasoby energetyczne komórek, po czym załamanie bilansu energetycznego aktywuje kaskadę procesów prowadzących do śmierci limfocytów. Obecnie wiadomo, że kladrybina powoduje apoptozę limfocytów, i to apoptoza jest procesem zużywającym energię [20].

Kladrybina jest lekiem z wyboru w leczeniu białaczki włochatokomórkowej – jeden do trzech kursów leczenia pozwala uzyskać u ponad >90% chorych remisję całkowitą o wieloletnim czasie trwania [21].

Literatura

  1. Giannecchini M, D'Innocenzo B, Pesi R et al. 2'-Deoxyadenosine causes apoptotic cell death in a human colon carcinoma cell line. J Biochem Mol Toxicol. 2003;17:329-337.
  2. Giblett ER, Anderson JE, Cohen F et al. Adenosine-deaminase deficiency in two patients with severely impaired cellular immunity. Lancet. 1972;2:1067-1069.
  3. Beutler E. Cladribine (2-chlorodeoxyadenosine). Lancet. 1992;340:952-956.
  4. Christensen LF, Broom AD, Robins MJ et al. Synthesis and biological activity of selected 2,6-disubstituted-(2-deoxy- -and- -D-erythro-pentofuranosyl)purines. J Med Chem. 1972;15:735-739.
  5. Warzocha K, Fabianowska-Majewska K, Blonski J et al. 2-Chlorodeoxyadenosine inhibits activity of adenosine deaminase and S-adenosylhomocysteine hydrolase in patients with chronic lymphocytic leukaemia. Eur J Cancer. 1997;33:170-173.
  6. Carson DA, Wasson DB, Taetle R et al. Specific toxicity of 2-chlorodeoxyadenosine toward resting and proliferating human lymphocytes. Blood. 1983;62:737-743.
  7. Kawasaki H, Carrera CJ, Piro LD et al. Relationship of deoxycytidine kinase and cytoplasmic 5'-nucleotidase to the chemotherapeutic efficacy of 2-chlorodeoxyadenosine. Blood. 1993;81:597-601.
  8. Wang L, Karlsson A, Arner ES et al. Substrate specificity of mitochondrial 2'-deoxyguanosine kinase. Efficient phosphorylation of 2-chlorodeoxyadenosine. J Biol Chem. 1993;268:22847-22852.
  9. Carson DA, Kaye J, Matsumoto S et al. Biochemical basis for the enhanced toxicity of deoxyribonucleosides toward malignant human T cell lines. Proc Natl Acad Sci U S A. 1979;76:2430-2433.
  10. Liliemark J. The clinical pharmacokinetics of cladribine. Clin Pharmacokinet. 1997;32:120-131.
  11. Spasokoukotskaja T, Arner ES, Brosjo O et al. Expression of deoxycytidine kinase and phosphorylation of 2-chlorodeoxyadenosine in human normal and tumour cells and tissues. Eur J Cancer. 1995;31A:202-208.
  12. Beutler E. Cladribine (2-chlorodeoxyadenosine). Lancet. 1992;340:952-956.
  13. Kawasaki H, Carrera CJ, Piro LD et al. Relationship of deoxycytidine kinase and cytoplasmic 5'-nucleotidase to the chemotherapeutic efficacy of 2-chlorodeoxyadenosine. Blood. 1993;81:597-601.
  14. Bryson HM, Sorkin EM. Cladribine. A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and therapeutic potential in haematological malignancies. Drugs. 1993;46:872-894.
  15. Parker WB, Bapat AR, Shen JX et al. Interaction of 2-halogenated dATP analogs (F, Cl, and Br) with human DNA polymerases, DNA primase, and ribonucleotide reductase. Mol Pharmacol. 1988;34:485-491.
  16. Griffig J, Koob R, Blakley RL. Mechanisms of inhibition of DNA synthesis by 2-chlorodeoxyadenosine in human lymphoblastic cells. Cancer Res. 1989;49:6923-6928.
  17. Hentosh P, Koob R, Blakley RL. Incorporation of 2-halogeno-2'-deoxyadenosine 5-triphosphates into DNA during replication by human polymerases alpha and beta. J Biol Chem. 1990;265:4033-4040.
  18. Bryson HM, Sorkin EM. Cladribine. A review of its pharmacodynamic and pharmacokinetic properties and therapeutic potential in haematological malignancies. Drugs. 1993;46:872-894.
  19. Carson DA, Kaye J, Seegmiller JE. Differential sensitivity of human leukemic T cell lines and B cell lines to growth inhibition by deoxyadenosine. J Immunol. 1978;121:1726-1731.
  20. Bouchard VJ, Rouleau M, Poirier GG. PARP-1, a determinant of cell survival in response to DNA damage. Exp Hematol. 2003;31:446-454.
  21. Robak T, Blasinska-Morawiec M, Blonski J et al. 2-chlorodeoxyadenosine (cladribine) in the treatment of hairy cell leukemia and hairy cell leukemia variant: 7-year experience in Poland. Eur J Haematol. 1999;62:49-56.
Osobiste