Poiché il cancro è una malattia genetica, due eventi genomici sono alla base di questi meccanismi di resistenza ai farmaci acquisiti: alterazioni del genoma (ad esempio amplificazione e delezione genica) e modificazioni epigenetiche.

Cause genetichemodifica

Alterazioni genomichemodifica

Il riarrangiamento cromosomico dovuto all’instabilità del genoma può causare l’amplificazione e la delezione del gene.L’amplificazione genica è l’aumento del numero di copie di una regione di un cromosoma. che si verificano frequentemente nei tumori solidi e possono contribuire all’evoluzione del tumore attraverso l’espressione genica alterata.

La ricerca sulle cellule di criceto nel 1993 ha dimostrato che le amplificazioni nel gene DHFR coinvolto nella sintesi del DNA sono iniziate con la rottura del cromosoma al di sotto del gene, e successivi cicli di formazioni di rottura-fusione del ponte provocano grandi ripetizioni intracromosomiche. L’amplificazione eccessiva degli oncogeni può accadere in risposta alla chemioterapia, ritenuta essere il meccanismo di fondo in parecchie classi di resistenza. Ad esempio, l’amplificazione DHFR si verifica in risposta al metotrexato, l’amplificazione TYMS (coinvolta nella sintesi del DNA) si verifica in risposta al 5-fluorouracile e l’amplificazione BCR-ABL si verifica in risposta al mesilato di imatinib. Determinare le aree di amplificazione genica nelle cellule di pazienti oncologici ha enormi implicazioni cliniche.La delezione del gene è l’opposto dell’amplificazione del gene, dove una regione di un cromosoma è persa una resistenza della droga accade perdendo i geni soppressori del tumore quale TP53.

L’instabilità genomica può verificarsi quando il fork di replica viene disturbato o bloccato nella sua migrazione. Ciò può accadere con le barriere della forcella della replica, proteine quali PTIP, CHD4 e PARP1, che sono eliminate normalmente dai sensori di danno del DNA delle cellule, dai geometri e dai risponditori BRCA1 e BRCA2.

Meccanismi epigeneticimodifica

Le modificazioni epigenetiche nella resistenza ai farmaci antineoplastici svolgono un ruolo importante nello sviluppo del cancro e nella resistenza ai farmaci poiché contribuiscono alla regolazione dell’espressione genica. Due tipi principali di controllo epigenetico sono la metilazione del DNA e la metilazione/acetilazione dell’istone. La metilazione del DNA è il processo di aggiunta di gruppi metilici al DNA, di solito nelle regioni del promotore a monte, che interrompe la trascrizione del DNA nella regione e silenzia efficacemente i singoli geni. Le modifiche degli istoni, come la deacetilazione, alterano la formazione della cromatina e silenziano le grandi regioni cromosomiche. Nelle cellule tumorali, dove la normale regolazione dell’espressione genica si rompe, gli oncogeni vengono attivati tramite ipometilazione e i soppressori del tumore vengono silenziati tramite ipermetilazione. Allo stesso modo, nello sviluppo della resistenza ai farmaci, è stato suggerito che le modifiche epigenetiche possono provocare l’attivazione e la sovraespressione dei geni di resistenza ai farmaci.

Gli studi sulle linee cellulari del cancro hanno indicato che l’ipometilazione (perdita di metilazione) del promotore del gene MDR1 ha causato la sovraespressione e la resistenza di multidrug.

In linee cellulari di carcinoma mammario resistenti al metotrexato senza assorbimento del farmaco e espressione del vettore di folato, dando DAC, un inibitore della metilazione del DNA, miglioramento dell’assorbimento del farmaco e dell’espressione del vettore di folato.

La resistenza acquisita al farmaco alchilante fotemustina nella cellula del melanoma ha mostrato un’elevata attività MGMT correlata all’ipermetilazione degli esoni del gene MGMT.

Nelle linee cellulari resistenti a Imatinib, il silenziamento del gene SOCS-3 tramite metilazione ha dimostrato di causare l’attivazione della proteina STAT3, che ha causato la proliferazione incontrollata.

Meccanismi delle cellule canceremodifica

Le cellule tumorali possono diventare resistenti a più farmaci attraverso il trasporto alterato della membrana, una maggiore riparazione del DNA, difetti della via apoptotica, alterazione delle molecole bersaglio, meccanismi proteici e pathway, come la disattivazione enzimatica.

Altered membrane transportEdit

Molte classi di farmaci antineoplastici agiscono su componenti e percorsi intracellulari, come il DNA, componenti nucleari, il che significa che hanno bisogno di entrare nelle cellule tumorali. La p-glicoproteina (P-gp), o la proteina di resistenza ai farmaci multipla, è un trasportatore di membrana fosforilata e glicosilata che può espellere i farmaci dalla cellula, diminuendo o ablando così l’efficacia del farmaco. Questa proteina del trasportatore è codificata dal gene MDR1 ed è anche chiamata proteina ABC (ATP-binding cassette). MDR1 ha specificità del substrato promiscuo, permettendogli di trasportare molti composti strutturalmente diversi attraverso la membrana cellulare, principalmente composti idrofobi. Gli studi hanno scoperto che il gene MDR1 può essere attivato e sovraespresso in risposta ai farmaci, formando così la base per la resistenza a molti farmaci. La sovraespressione del gene MDR1 nelle cellule tumorali viene utilizzata per mantenere i livelli intracellulari di farmaci antineoplastici al di sotto dei livelli di uccisione delle cellule.

Ad esempio, l’antibiotico rifampicina è stato trovato per indurre l’espressione MDR1. Esperimenti in diverse linee cellulari resistenti ai farmaci e DNA del paziente hanno rivelato riarrangiamenti genici che avevano avviato l’attivazione o la sovraespressione di MDR1. Un polimorfismo C3435T nell’esone 226 di MDR1 è stato anche fortemente correlato con le attività della p-glicoproteina.

MDR1 viene attivato attraverso NF-kB, un complesso proteico che funge da fattore di trascrizione. Nel ratto, un sito di legame NF-kB è adiacente al gene mdr1b, NF-kB può essere attivo nelle cellule tumorali perché il suo gene NF-kB mutato o il suo gene IkB inibitorio mutato sotto chemioterapia. Nelle cellule tumorali del colon-retto, l’inibizione di NF-kB o MDR1 ha causato un aumento dell’apoptosi in risposta a un agente chemioterapico.

Riparazione potenziata DEL DNA

La riparazione potenziata del DNA svolge un ruolo importante nella capacità delle cellule tumorali di superare i danni al DNA indotti da farmaci.

Le chemioterapie a base di platino, come il cisplatino, colpiscono le cellule tumorali incrociando i loro filamenti di DNA, causando mutazioni e danni. Tale danno innescherà la morte cellulare programmata (ad es. apoptosi) nelle cellule tumorali. La resistenza al cisplatino si verifica quando le cellule tumorali sviluppano una maggiore capacità di invertire tale danno rimuovendo il cisplatino dal DNA e riparando qualsiasi danno fatto. Le cellule resistenti al cisplatino upregulate espressione della riparazione escissione cross-complementare (ERCC1) gene e proteina.

Alcune chemioterapie sono agenti alchilanti, il che significa che attaccano un gruppo alchilico al DNA per impedirne la lettura. La O6-metilguanina DNA metiltransferasi (MGMT) è un enzima di riparazione del DNA che rimuove i gruppi alchilici dal DNA. L’espressione di MGMT è upregulated in molte cellule tumorali, che le protegge dagli agenti alchilanti. L’espressione aumentata di MGMT è stata trovata nel cancro del colon, nel cancro del polmone, nel linfoma non-Hodgkin, nel cancro al seno, negli gliomi, nel mieloma e nel cancro del pancreas.

Difetti della via apoptoticamodifica

TP53 è un gene soppressore del tumore che codifica per la proteina p53, che risponde al danno del DNA mediante riparazione del DNA, arresto del ciclo cellulare o apoptosi. Perdere TP53 tramite delezione genica può consentire alle cellule di replicarsi continuamente nonostante il danno al DNA. La tolleranza del danno al DNA può garantire alle cellule tumorali un metodo di resistenza a quei farmaci che normalmente inducono l’apoptosi attraverso il danno al DNA.

Altri geni coinvolti nella resistenza ai farmaci correlata alla via apoptotica includono h-ras e bcl-2/bax. H-ras oncogenico è stato trovato per aumentare l’espressione di ERCC1, con conseguente riparazione migliorata del DNA (vedi sopra). L’inibizione di h-ras è stata trovata per aumentare la sensibilità del cisplatino in cellule di glioblastoma. L’espressione sovraregolata di Bcl-2 nelle cellule leucemiche (linfoma non Hodgkin) ha determinato una diminuzione dei livelli di apoptosi in risposta agli agenti chemioterapici, poiché Bcl-2 è un oncogene pro-sopravvivenza.

Molecole bersaglio alteratemodifica

Durante la terapia mirata, spesso il bersaglio si è modificato e diminuito la sua espressione al punto che la terapia non è più efficace. Un esempio di questo è la perdita del recettore dell’estrogeno (ER) e del recettore del progesterone (PR) dopo il trattamento anti-estrogeno del cancro al seno. I tumori con perdita di ER e PR non rispondono più al tamoxifene o ad altri trattamenti anti-estrogeno e mentre le cellule tumorali rimangono in qualche modo reattive agli inibitori della sintesi degli estrogeni, alla fine non rispondono alla manipolazione endocrina e non dipendono più dagli estrogeni per la crescita.

Un’altra linea di terapie utilizzate per il trattamento del cancro al seno è il targeting di chinasi come human epidermal growth factor receptor 2 (HER2) della famiglia EGFR. Le mutazioni si verificano spesso nel gene HER2 dopo il trattamento con un inibitore, con circa il 50% dei pazienti con cancro del polmone trovato ad avere una mutazione gatekeeper EGFR-T790M.

Il trattamento della leucemia mieloide cronica (LMC) coinvolge un inibitore della tirosina chinasi che mira al gene di fusione BCR/ABL chiamato imatinib. In alcune persone resistenti a Imatinib, il gene BCR / ABL viene riattivato o amplificato o si è verificata una mutazione a punto singolo sul gene. Queste mutazioni puntiformi aumentano l’autofosforilazione della proteina BCR-ABL, con conseguente stabilizzazione del sito di legame ATP nella sua forma attiva, che non può essere legata da imatinib per una corretta attivazione del farmaco.

La topoisomerasi è un obiettivo redditizio per la terapia del cancro a causa del suo ruolo critico come enzima nella replicazione del DNA e sono stati realizzati molti inibitori della topoisomerasi. La resistenza può verificarsi quando i livelli di topoisomerasi sono diminuiti o quando diverse isoforme di topoisomerasi sono distribuite in modo differenziato all’interno della cellula. Enzimi mutanti sono stati riportati anche in cellule leucemiche pazienti, così come mutazioni in altri tumori che conferiscono resistenza agli inibitori della topoisomerasi.

metabolismOdit alterato

Uno dei meccanismi di resistenza antineoplastica è l’eccessiva espressione di enzimi metabolizzanti o molecole portatrici. Aumentando l’espressione degli enzimi metabolici, i farmaci vengono convertiti più rapidamente in coniugati di farmaci o forme inattive che possono quindi essere escrete. Ad esempio, l’aumento dell’espressione del glutatione promuove la resistenza ai farmaci, poiché le proprietà elettrofile del glutatione consentono di reagire con agenti citotossici, inattivandoli. In alcuni casi, una ridotta espressione o perdita di espressione degli enzimi che metabolizzano il farmaco conferisce resistenza, poiché gli enzimi sono necessari per trasformare un farmaco da una forma inattiva a una forma attiva. L’arabinoside, una chemioterapia comunemente usata per leucemia e linfomi, viene convertita in citosina arabinoside trifosfato dalla desossicitidina chinasi. La mutazione della desossicitidina chinasi o la perdita di espressione provoca resistenza all’arabinoside. Questa è una forma di disattivazione enzimatica.

I livelli di espressione del fattore di crescita possono anche promuovere la resistenza alle terapie antineoplastiche. Nel cancro al seno, le cellule resistenti ai farmaci sono state trovate per esprimere alti livelli di IL-6, mentre le cellule sensibili non esprimevano livelli significativi del fattore di crescita. IL-6 attiva i fattori di trascrizione CCAAT enhancer-binding protein che attivano l’espressione genica MDR1 (vedi Alterazione del trasporto della membrana).