Università degli studi di Pavia
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Degiacomi attività di ricerca
Identificazione di target di nuovi farmaci antitubercolari
La tubercolosi (TB) è una malattia infettiva causata dal batterio patogeno Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Tuttora, la TB rimane una grave emergenza sanitaria a livello mondiale a causa della diffusione di ceppi altamente resistenti ai farmaci, della mancanza di vaccini efficaci e nuovi farmaci e della co-epidemia di HIV. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), nel mondo ci sono circa 3 miliardi di persone con infezioni tubercolari latenti. Per tali ragioni, è particolarmente importante promuovere la ricerca di nuovi farmaci antitubercolari. Il laboratorio di Microbiologia Molecolare (Prof.ssa Riccardi) fa parte del progetto europeo "New medicines for tuberculosis", finanziato dall’EC-VI Programma Quadro (2006-2011).
Nel 2009, sono state identificate due nuove classi di composti con una promettente attività antitubercolare tuttora in corso di studio: i benzotiazinoni (BTZ) e i dinitrobenzamidi (DNB). Questi composti hanno un’eccellente attività contro Mtb, inclusi ceppi multi resistenti (MDR) e altamente resistenti (XDR).
Nel nostro laboratorio, è stato identificato il target dei BTZ, l’enzima DprE1 (Rv3790 o dprE1), che forma insieme alla proteina DprE2 (Rv3790 or dprE1) l’enzima eteromerico decaprenilfosforil- β-D-ribosio 2′-epimerasi, coinvolto nella biosintesi del decaprenilfosforil-D-arabinosio (DPA), un componente essenziale della parete cellulare micobatterica.
In tutti i mutanti di Mtb o di Mycobacterium smegmatis isolati finora, le mutazioni missenso responsabili della resistenza ai BTZ sono state localizzate nel gene dprE1 o nel suo omologo: la modificazione del target è un comune meccanismo di resistenza agli antibiotici. Mediante saggi enzimatici è stato confermato che la sintesi del DPA è inibita nei ceppi wild-type dalla presenza dei BTZ, ma non nei ceppi resistenti ai BTZ.
Inoltre, i composti appartenenti alla classe dei BTZ presentano un tipico gruppo nitro sull’anello del benzene. Questo sostituente è essenziale per l’attività antimicobatterica di questa classe: infatti, la corrispondente forma amminica, trovata nel sangue e nelle urine dei topi trattati con i BTZ, è significativamente meno attiva nell’inibire la crescita di Mtb e M. smegmatis. Inoltre, in ceppi di M. smegmatis resistenti ai BTZ, abbiamo osservato che mutazioni nel repressore trascrizionale della nitroreduttasi NfnB causano l’iperespressione di NfnB e, di conseguenza, l’inattivazione dei BTZ.
Anche i DNB sono composti nitro-aromatici, come i BTZ, ed è stato osservato che la biosintesi del DPA viene bloccata incubando i DNB con Mtb, suggerendo che sia i BTZ che i DNB possano colpire lo stesso bersaglio cellulare.
Durante il mio dottorato, ho contribuito a confermare ulteriormente che l’enzima DprE1 è il bersaglio cellulare dei BTZ e dei DNB e a dimostrare che questi composti condividono gli stessi meccanismi di resistenza, ovvero la modificazione del target e l’inattivazione del farmaco. Inoltre, ho collaborato alla caratterizzazione dell’enzima DprE1.
Nel complesso, questi risultati ci aiutano a comprendere i meccanismi d’azione e di resistenza dei BTZ e dei DNB e saranno utili per ottenere BTZ e DNB di seconda generazione, più resistenti all’azione delle nitroreduttasi. Finora, questi composti antitubercolari hanno dimostrato di avere promettenti caratteristiche per entrare nei trials clinici.
Gli obiettivi del nuovo progetto “More medicines for tuberculosis”, finanziato dall’EC-VII programma quadro (2011-2016), sono la scoperta di cinque nuovi bersagli cellulari in Mtb e la selezione di almeno tre farmaci antitubercolari attivi sia contro cellule di Mtb dormienti che in attiva replicazione.
La tubercolosi (TB) è una malattia infettiva causata dal batterio patogeno Mycobacterium tuberculosis (Mtb). Tuttora, la TB rimane una grave emergenza sanitaria a livello mondiale a causa della diffusione di ceppi altamente resistenti ai farmaci, della mancanza di vaccini efficaci e nuovi farmaci e della co-epidemia di HIV. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), nel mondo ci sono circa 3 miliardi di persone con infezioni tubercolari latenti. Per tali ragioni, è particolarmente importante promuovere la ricerca di nuovi farmaci antitubercolari. Il laboratorio di Microbiologia Molecolare (Prof.ssa Riccardi) fa parte del progetto europeo "New medicines for tuberculosis", finanziato dall’EC-VI Programma Quadro (2006-2011).
Nel 2009, sono state identificate due nuove classi di composti con una promettente attività antitubercolare tuttora in corso di studio: i benzotiazinoni (BTZ) e i dinitrobenzamidi (DNB). Questi composti hanno un’eccellente attività contro Mtb, inclusi ceppi multi resistenti (MDR) e altamente resistenti (XDR).
Nel nostro laboratorio, è stato identificato il target dei BTZ, l’enzima DprE1 (Rv3790 o dprE1), che forma insieme alla proteina DprE2 (Rv3790 or dprE1) l’enzima eteromerico decaprenilfosforil- β-D-ribosio 2′-epimerasi, coinvolto nella biosintesi del decaprenilfosforil-D-arabinosio (DPA), un componente essenziale della parete cellulare micobatterica.
In tutti i mutanti di Mtb o di Mycobacterium smegmatis isolati finora, le mutazioni missenso responsabili della resistenza ai BTZ sono state localizzate nel gene dprE1 o nel suo omologo: la modificazione del target è un comune meccanismo di resistenza agli antibiotici. Mediante saggi enzimatici è stato confermato che la sintesi del DPA è inibita nei ceppi wild-type dalla presenza dei BTZ, ma non nei ceppi resistenti ai BTZ.
Inoltre, i composti appartenenti alla classe dei BTZ presentano un tipico gruppo nitro sull’anello del benzene. Questo sostituente è essenziale per l’attività antimicobatterica di questa classe: infatti, la corrispondente forma amminica, trovata nel sangue e nelle urine dei topi trattati con i BTZ, è significativamente meno attiva nell’inibire la crescita di Mtb e M. smegmatis. Inoltre, in ceppi di M. smegmatis resistenti ai BTZ, abbiamo osservato che mutazioni nel repressore trascrizionale della nitroreduttasi NfnB causano l’iperespressione di NfnB e, di conseguenza, l’inattivazione dei BTZ.
Anche i DNB sono composti nitro-aromatici, come i BTZ, ed è stato osservato che la biosintesi del DPA viene bloccata incubando i DNB con Mtb, suggerendo che sia i BTZ che i DNB possano colpire lo stesso bersaglio cellulare.
Durante il mio dottorato, ho contribuito a confermare ulteriormente che l’enzima DprE1 è il bersaglio cellulare dei BTZ e dei DNB e a dimostrare che questi composti condividono gli stessi meccanismi di resistenza, ovvero la modificazione del target e l’inattivazione del farmaco. Inoltre, ho collaborato alla caratterizzazione dell’enzima DprE1.
Nel complesso, questi risultati ci aiutano a comprendere i meccanismi d’azione e di resistenza dei BTZ e dei DNB e saranno utili per ottenere BTZ e DNB di seconda generazione, più resistenti all’azione delle nitroreduttasi. Finora, questi composti antitubercolari hanno dimostrato di avere promettenti caratteristiche per entrare nei trials clinici.
Gli obiettivi del nuovo progetto “More medicines for tuberculosis”, finanziato dall’EC-VII programma quadro (2011-2016), sono la scoperta di cinque nuovi bersagli cellulari in Mtb e la selezione di almeno tre farmaci antitubercolari attivi sia contro cellule di Mtb dormienti che in attiva replicazione.
