EPIFARMACI: INTERVENTI SULLA REGOLAZIONE EPIGENETICA NELLE MALATTIE Relatore: Prof. Giorgio Camilloni Candidato: Barbara Traversetti Matricola: 1094839 Anno Accademico 2014-2015

Struttura della cromatina IL nucleosoma è costituito da un core di otto proteine istoniche: H2A, H2B, H3 e H4. Istone H1 Histone fold Domini di coda C- ed N- terminali. Titolo Presentazione:Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nella malattie 23/07/2015

Modificazioni degli istoni Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

Metilazione degli istoni: SET lisina-specifico Non Set Arginina metiltransferasi Acetilazione: Enzimi HATs: GNAT, MYST CBP/p300 Enzimi HDACs: HDAC metallo-dipendenti e HDAC NAD+ -dipendenti Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

I rimodellatori della cromatina Sono ATP- dipendenti Conferiscono flessibilità alla cromatina Inducono movimenti nel nucleosoma Promuovono l’assemblaggio e il disassemblaggio dei nucleosomi I rimodellatori costituiscono la famiglia SnF2: SWI/SNF ISWI Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

La metilazione del DNA Gli enzimi DNA metil-transferasi (DNMTs) comprendono tre membri distinti in due famiglie: DNMT3A e DNMT3B DNMT1 Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

Le Malattie Epigenetiche L’Epigenetica rappresenta i cambiamenti che regolano l’espressione genica, ma che non si basano su alterazioni della sequenza primaria di basi del DNA. La metilazione del DNA e le modificazioni delle proteine istoniche hanno un ruolo significativo nella genesi e nella progressione di diverse malattie Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

L’Epigenetica e il cancro Cancro: Malattia multifattoriale, comprendente caratteristiche genetiche, epigenetiche e patologiche. Alterazioni epigenetiche associate alle istologie maligne includono la metilazione del promotore e le modificazioni istoniche I meccanismi epigenetici possono inattivare i geni oncosoppressori: le HMT possono funzionare come geni soppressori di tumori. Test epigenetici: profili di metilazione del DNA e delle modificazioni degli istoni. Il genoma delle cellule tumorali presenta diminuzione delle modificazioni istoniche e ipometilazione dei siti CpG. Titolo Presentazione Epifarmaci: interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

L’Epigenetica e i disturbi cerebrali Malattie neurodegenerative: la malattia di Alzheimer Graduale perdita di cellule del sistema nervoso e progressivo declino cognitivo Fisiopatologia: placche amiloidi extracellulari e grovigli neurofibrillari intracellulari Acetilazione aberrante degli istoni e metilazione del DNA contribuiscono all’Alzheimer. Disturbi psichiatrici: l’esempio della depressione Malattia mentale caratterizzata da pensieri pessimistici, mancanza di entusiasmo e anedonia. Importanza delle PTMs istoniche, indotte da stress cronico al gene Bdnf nell’ippocampo, nello sviluppo di comportamenti depressivi Il trattamento antidepressivo inverte la deregolazione di Bdnf, aumentando l’acetilazione di H3 e la metilazione di H3K4. Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

L’Epigenetica e le sindromi metaboliche complesse Le malattie metaboliche sono caratterizzate dalla deregolazione dei processi biochimici cellulari che permettono all’individuo di assorbire correttamente i nutrienti di base: La deregolazione epigenetica dell’espressione genica, ha un ruolo significativo nella patologia di queste malattie. Alterazioni delle modificazioni epigenetiche, possono essere indotte nel periodo perinatale, da fattori ambientali La risposta del gene, modulata dal controllo epigenetico dei geni coinvolti nel metabolismo ha effetti sul sistema multi-organo. SINDROMEMETABOLICA: complesso di disfunzioni metaboliche, comprendenti obesità, insulino-resistenza e ipertensione e dislipidemia. DIABETE DI TIPO 1: “diabete giovanile”,è caratterizzato da una forte disfunzione del sistema immunitario. DIABETE DI TIPO 2: “diabete dell’adulto” iperglicemia e resistenza all’insulina. Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

SVILUPPO DI FARMACI EPIGENETICI: INIBITORI DI PRIMA GENERAZIONE INIBITORI DELLE DNA METILTRANSFERASI: Inibitori nucleosidici derivato comprendenti Azacitidina e Decitabina, che agiscono come inibitori irreversibili covalenti di tutte le isoforme di DNMT. Inibitori non-nucleosidici: buone promesse, ma nessuna progressione nella clinica. VORINOSTAT(1) INIBITORI DELLE ISTONE DEACETILASI: Vorinostat: inizialmente approvato per il trattamento del linfoma cutaneo a cellule T e Romidepsin. Inibitori delle Sirtuine Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

INIBITORI EPIGENETICI DI SECONDA GENERAZIONE INIBITORI DELLE ISTONE METILTRANSFERASI (HMTs): Le HMTs più studiate sono. G9a, EZH2 e DOT1L La sovraespressione di G9a è stata collegata a diversi tipi di cancro, e il primo inibitore descritto BIX- 01294 ha buona selettività nei confronti di diverse HMTs. Un altro inibitore è spiroindolone A-366, che inibisce i livelli di H3K9 nel carcinoma prostatico. EZH2 catalizza la metilazione della lisina 27 dell’istone H3, e la sua deregolazione è associata con la progressione di diversi tumori. L’inibizione di EZH2 da parte di composti potenti come GSK-126 e EPZ-5687 ha effetto anche su tumori pediatrici aggressivi come MRT e ATRT. La sovraespressione di DOT1L ha un ruolo nello sviluppo della leucemia, e l’ipermetilazione di H3K79 porta all’espressione aberrante di geni che guidano la leucemogenesi. ISTONE DEMETILASI: Demetilazione degli istoni: implicata nello sviluppo del cancro La demetilasi lisina-specifica LSD1 può attivare o reprimere i geni INIBITORI LSD1: 1) Inibitore irreversibile OG-L002 2) Inibitore reversibile GSK690 3) ORY-1001 per leucemia acuta recidiva o refrattaria Titolo Presentazione: Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015

CONCLUSIONI Lo sviluppo di terapie che agiscono sulle proteine istoniche, è legato all’abilità di progettare molecole farmaco/simili con sufficiente indice terapeutico preclinico. I composti di prima generazione, hanno avuto però un’utilità limitata a causa della loro tossicità, mentre i composti di seconda generazione hanno una più grande selettività per il loro bersaglio molecolare, e sono quindi più promettenti. Le ricerche sulla scoperta di farmaci, continuano per trovare dei modulatori molecolari delle modificazioni epigenetiche che siano meno tossici e che abbiano un ruolo significativo sia nel trattamento che nella prevenzione delle malattie epigenetiche. Titolo Presentazione Epifarmaci: Interventi sulla regolazione epigenetica nelle malattie 23/07/2015