Farmaci che modulano l`espressione del dna
Transcript
Farmaci che modulano l`espressione del dna
Ottobre-Dicembre 2014 • Vol. 44 • N. 176 • Pp. 240-245 Frontiere Farmaci che modulano l’espressione del dna: attuali e potenziali applicazioni in pediatria Giovanna Russo, Milena La Spina, Piera Samperi, Luca Lo Nigro Centro di Riferimento Regionale di Ematologia e Oncologia Pediatrica, Azienda Policlinico – OVE, Università di Catania Riassunto I farmaci capaci di modulare l’espressione del DNA potrebbero attivare o inattivare geni la cui funzione è strettamente legata alla patogenesi di una specifica malattia. La terapia “epigenetica” si pone l’obiettivo di modulare l’attività principalmente coinvolta nel meccanismo patogenetico della malattia stessa (metilazione o deacetilazione) come nelle malattie mielo-linfoproliferative, o di indurre la trascrizione e quindi la sintesi di proteine normalmente inespresse come nell’emoglobinopatie ereditarie. Nel primo caso, il ricorso a farmaci demetilanti e inibitori delle iston-deacetilasi ha portato alla remissione completa in casi refrattari. Nel caso delle emoglobinopatie ereditarie (beta talassemia e malattia drepanocitica) la somministrazione dell’Idrossi-Urea (HU) ha indotto l’espressione di HbF con conseguente beneficio clinico. Le potenzialità di queste nuove forme di trattamento sono notevoli, con possibilità di applicazione sia in campo oncologico che potenzialmente anche nella malattie ad eziopatogenesi autoimmune. Summary Drugs capable of modulating the expression of DNA could activate or inactivate genes whose function is closely linked to the pathogenesis of a specific disease. This “epigenetic” therapy aims to modulate activities primarily involved in the pathogenic mechanism of the disease itself (methylation or deacetylation) as in myelo-lymphoproliferative diseases, or to induce the transcription and thus protein synthesis normally unexpressed as in hereditary hemoglobinopathies. In the former case, the use of demethylating drugs and histone deacetylase inhibitors led to complete remission in refractory cases. In the latter case of hereditary hemoglobinopathies (beta thalassemia and sickle cell disease) the administration of hydroxy-urea (HU) induced the expression of HbF resulting in clinical benefit. This type of treatment has an enormous potential application; these drugs are planned to be part of treatment for certain tumors with current poor prognosis; moreover the potential use for curing the immune system diseases such as those with autoimmune etiology is in the way to be explored. Introduzione L’Epigenetica è definita come quella parte della genetica che fa riferimento ad alterazioni ereditabili che modificano l’espressione genica, pur non alterando la sequenza del DNA (Dawson e Kouzarides, 2012). I farmaci capaci di modulare l’espressione del DNA, potrebbero attivare o inattivare geni la cui funzione è strettamente legata alla patogenesi di una specifica malattia. Per queste ragioni, un approccio terapeutico innovativo definito “epigenetico” è potenzialmente efficace in numerose patologie ancora oggi ad elevata mortalità e/o morbilità, o comunque per tante malattie in cui le cure convenzionali non riescono a risolvere tutti gli aspetti clinici correlati. Tuttavia l’applicabilità clinica di questa strategia terapeutica è ancora molto ridotta, soprattutto in pediatria. In questo articolo passeremo in rassegna le conoscenze oggi disponibili, orientandoci secondo le applicazioni cliniche già avviate o in fase avanzata di sperimentazione. Meccanismi di controllo epigenetico ed espressione genica I meccanismi alla base di queste modifiche sono diversi, inducendo l’attivazione o l’inattivazione di specifici geni. Questo spiega perché le cellule differenziate in un organismo pluricellulare esprimono solo i geni necessari alla loro attività. Il DNA eucariota esiste in forma di cromatina, che è costituita da unità di nucleosomi, sequenze di 147 paia di basi di DNA avvolte attorno ad un complesso ottamerico costituito da due dei seguenti Istoni H2A, H2B, H3 e H4 (Lunger et al., 1997). I cambiamenti dinamici nella struttura della cromatina sono descritti nella Figura 1. Le parti compatte di cromatina sono ricche in nucleosomi e generalmente “silenziano” la trascrizione, rendendo il DNA inac- 240 cessibile. La perdita della conformazione in nucleosomi aumenta l’accessibilità alla cromatina, favorendo il legame con i regolatori trascrizionali. Il controllo della trascrizione è governato dai meccanismi di 1. metilazione del DNA; 2. modifiche post-traduzionali delle proteine istoniche; 3. azioni di enzimi ATP-dipendenti che rimodellano la cromatina; 4. scambio di varianti istoniche con istoni canonici. Le code sporgenti N-terminali degli istoni sono sottoposte a modificazioni chimiche, che includono l’acetilazione, la metilazione, la fosforilazione, l’ubiquitinizzazione, la sumoilazione e la biotinilazione (Dawson e Kouzarides, 2012). La maggior parte delle alterazioni degli istoni sono reversibili attraverso le azioni degli enzimi che modificano gli istoni (Histon Modifiers). L’acetilazione degli istoni sui residui di lisina è associata all’attivazione trascrizionale, mediante attività opposte d’istone-acetiltransferasi (HAT) e istone-deacetilasi (HDAC) (Dawson e Kouzarides, 2012). La metilazione degli istoni è notevolmente più complessa, e coinvolge i residui di lisina, arginina e istidina. La metilazione della lisina degli istoni ha esiti diversi, dipendenti dal residuo che viene modificato e dall’entità della modifica (mono-, di- o tri-metilazione). La scoperta di enzimi che demetilano la lisina, ha rivoluzionato l’idea che le metilazioni degli istoni siano irreversibili (Kooistra e Helin, 2012). Epigenetica, malattie del bambino e farmaci Sin dagli inizi del 2000 si riteneva che soltanto tre patologie fossero indiscutibilmente legate all’epigenetica: la sindrome di Rett, Farmaci ed epigenetica in pediatria Figura 1. Meccanismi di controllo epigenetico della trascrizione. Il complesso di rimodellamento della cromatina può ristrutturare e riposizionare gli ottameri istonici utilizzando l’ATP per regolare l’accesso al DNA e favorire il legame dei fattori regolatori della trascrizione, come i fattori pro-trascrizionali, co-attivatori e la machinery della trascrizione, compreso il complesso della Polymerase (Pol) II. Le “code” degli istoni possono esser modificate da reazioni tipo la fosforilazione, l’acetilazione e la metilazione. Tutto ciò può avvenire grazie all’intervento dei “modificatori istonici” ovvero le istonacetilasi, -metilasi e –chinasi. Gli “Istoni Varianti” (H2A.Z e H3.3) fiancheggiano le regioni non-nucleosomiche dei promotori che possono essere attivamente trascritti e altri elementi regolatori. Gli RNA-non codificanti (non-coding RNA) sono in grado di mantenere lo stato di etero-cromatina (modificato da Lim et al., 2013) ATP, adenosin trifosfato; ADP, adenosin difosfato; TSS, sito di start trascrizionale; Me, metilazione; P, fosforilazione; Ac, acetilazione; TF, fattore di trascrizione; RE, elementi di risposta; R, arginina; K, lisina; T, treonina; S, serina. la Sindrome dell’X fragile e la sindrome da instabilità centromerica ICF (Wright e Saul, 2013). Oggi si ritiene che numerose patologie a eziopatogenesi multifattoriale potrebbero essere indotte da alterazioni epigenetiche; in primo luogo i tumori, seguiti dalle sindromi neurodegenerative, le distrofie muscolari (Consalvi et al., 2011), le malattie reumatiche (Gay e Wilson, 2014), le patologie psichiatriche. È consolidato che i “modulatori epigenetici” hanno un ruolo fondamentale nella carcinogenesi, rappresentando potenziali target terapeutici nelle malattie oncologiche dell’età pediatrica (Lawlor e Thiele, 2012). Se in alcuni casi la terapia “epigenetica” si pone l’obiettivo di modulare l’attività principalmente coinvolta nel meccanismo patogenetico della malattia (metilazione o deacetilazione) come nel caso delle malattie mielo-linfoproliferative, in altri casi tale terapia induce la trascrizione e quindi la sintesi di proteine normalmente inespresse: è il caso dell’emoglobinopatie ereditarie. Emoglobinopatie ereditarie La beta talassemia (BT) e la malattia drepanocitica (SCD) sono caratterizzati dalla diminuzione o totale assenza della HbA (α2β2) con anemia emolitica cronica con vario grado di trasfusione-dipendenza. Nella BT l’eccesso di catene α causa danno alla membrana eritrocitaria, apoptosi degli eritroblasti ed emolisi intramidollare con conseguente eritropoiesi inefficace. Nella SCD, l’alterazione strutturale della catene β dell’Hb comporta polimerizzazione dell’HbS, con conseguente vaso-occlusione, ischemia e danno tissutale. Un’importante strategia terapeutica è quella di far aumentare la produzione di HbF (α2g2), con lo scopo di correggere lo sbilanciamento delle catene α/non-α nella BT e di sostituire la catena βS anomala nella SCD. La presenza di HbF nella BT diminuisce l’accumulo e la precipitazione delle catene α e riduce l’eritropoiesi inefficace; nella SCD inibi- 241 G. Russo et al. sce la polimerizzazione dell’HbS mediante la formazione di molecole ibride (α2βSg), le quali si intercalano nei polimeri e ne interrompono l’accrescimento. Elevati livelli di HbF si associano a minore frequenza delle crisi dolorose, minor numero di episodi di accidenti cerebrovascolari. L’idrossiurea (HU), farmaco citotossico, si è dimostrato efficace nell’indurre la sintesi di HbF. Il meccanismo d’azione dell’HU a livello dell’eritropoiesi verosimilmente è correlato all’inibizione della ribonucleasi riduttasi, enzima chiave nella conversione dei ribonucleotidi in desossi-ribonucletotidi, che entrano nella struttura base del DNA. Il “commissionamento” verso la linea eritropoietica avviene, sotto l’influenza di un insieme di citochine, a partire della cellula staminale totipotente verso i progenitori multipotenti mieloidi, poi verso le BFU-e (burst forming unit-erythroid) e le CFU-e (colony forming unit-erytroid). Esistono due vie di differenziazione funzionale verso le CFU-e e i globuli rossi maturi. La via principale procede dalle BFUe mature, nelle quali l’espressione di HbF è spenta, verso globuli rossi di tipo adulto, esprimenti solo HbA. La via secondaria va dalle BFU-e primitive esprimenti ancora l’HbF. Questa via permetterebbe la formazione di “cellule F”, popolazione particolare di globuli rossi circolanti, contenenti sia HbF che HbA. Gli episodi di rigenerazione midollare rapida, come quelli indotti dall’effetto dell’HU, favoriscono questa via di differenziazione a partire dei precursori primitivi e la produzione di cellule F, inducendo una “riprogrammazione” del compartimento dei progenitori eritroidi (Mabaera R, et al. 2008). L’efficacia clinica osservata nella SCD potrebbe comunque essere correlata anche al miglioramento della morfologia e della deformabilità eritrocitaria, alla diminuzione dei leucociti, alla riduzione dell’emolisi e all’aumento della produzione di ossido nitirico. Nella SCD, l’efficacia clinica e la scarsa tossicità dell’HU sono state ampiamente dimostrate da uno studio pilota che ha descritto una riduzione significativa dell’incidenza delle crisi dolorose, degli episodi di sindrome acuta polmonare, del fabbisogno trasfusionale e della mortalità nei pazienti trattati con HU (Charache et al., 1995). Successivamente, numerose sperimentazioni cliniche hanno esteso le indicazioni d’uso ai bambini, anche nel primo anno di vita (Kinney et al., 1999; Wang et al., 2011; Ware e Helms, 2012). Gli effetti collaterali relativi all’uso dell’HU sono rari; il più frequente è l’ipoplasia midollare che è reversibile e richiede il monitoraggio della crasi ematica. Il potenziale mutageno e teratogeno sono bassi (Ferster et al., 2003) Le indicazioni, controindicazioni e le raccomandazioni d’uso dell’HU relativamente all’età pediatrica sono dettagliatamente descritte nelle linee-guida pediatriche AIEOP (Associazione Italiana di Ematologia ed Oncologia Pediatrica, http://www.aieop.org/files/files_htmlarea/ tutto%20giu12.pdf. (Colombatti et al., 2013). L’HU nella BT non ha ottenuto i risultati sperati: i pazienti, con forma grave di malattia, trasfusioni dipendenti, che hanno risposto, sono riusciti solo ad allungare l’intervallo tra le trasfusioni. In alcuni pazienti con BT intermedia invece si è osservato un effetto sulla concentrazione totale dell’Hb e dell’HbF ed è stata osservata una riduzione dell’emolisi e dell’ematopoiesi extramidollare; in alcuni casi si sono avuti effetti benefici sul fabbisogno trasfusionale. Rimane comunque una quota rilevante di pazienti (20-30%) che non risponde (Musallam et al., 2013). Il problema più rilevante che limita l’uso dell’HU nella BT è l’ampia variabilità di risposta da paziente a paziente, probabilmente dovuto a caratteristiche genetiche individuali, che influenzano la farmacocinetica e farmacodinamica (Ware RE et al., 2011). Sono stati ipotizzati due possibili meccanismi per spiegare la differenza di risposta all’HU. Uno si basa sul fatto che i precursori eritroidi 242 dei pazienti reagiscono in maniera diversa alla somministrazione di HU, per cui mentre le cellule dei pazienti responder incrementano efficacemente la produzione di HbF, le cellule dei pazienti nonresponder sono maggiormente suscettibili all’effetto citotossico dell’HU, facendo prevalere quindi i fenomeni apoptotici (Pourfarzadet al., 2013). L’altro meccanismo ipotizzato spiega la differenza di risposta con una differenza basale, per cui i pazienti responder hanno già, prima del trattamento stesso, livelli più alti di Hb e di HbF e quindi il modesto incremento ottenuto con l’HU è sufficiente a produrre una risposta ematologica significativa (Banan et al., 2012). Nonostante l’effetto dell’HU su anemia e fabbisogno trasfusionale, la terapia con HU andrebbe valutata in un quadro clinico complessivo, avendo evidenze che la terapia trasfusionale, soprattutto nella BT intermedia, porti benefici su diverse manifestazioni della malattia, come ad esempio, le possibili complicazioni cerebro-vascolari che, stando a quanto noto per la SCD, non vengono prevenute dall’HU (Ware et al., 2012). Un’indicazione clinica all’uso dell’HU nella BT è la soppressione di emopoiesi extra-midollare, complicanza che può avere conseguenze cliniche rilevanti, come la compressione del midollo spinale (Karimi et al., 2014). Osservando che i neonati di madri diabetiche avevano un ritardato switch dell’HbF all’HbA, fu ipotizzato che gli elevati livelli d’idrossibutirrato presenti nelle donne diabetiche potevano essere in grado di indurre la produzione di HbF. I trial che seguirono dimostrarono che i pazienti trattati con il butirrato mostravano un aumento dei livelli di g-mRNA ed un aumento della sintesi delle catene g. Elementi predittivi della risposta al trattamento sembrerebbero essere gli elevati livelli di HbF (> 4,5%), gli alti livelli di HbF nei genitori e gli alti livelli di eritropoietina (Musallam et al., 2013). Il trattamento con i butirrati è ben tollerato e gli effetti collaterali sono limitati a disturbi gastrointestinali. La migliore risposta al trattamento ottenuta nei pazienti con SCD rispetto ai pazienti con BT sembrerebbe essere correlata all’azione che i butirrati esplicano sugli altri geni globinici: aumentano l’espressione dei geni a nei progenitori eritroidi dei pazienti con BT, mentre riducono i livelli di m-RNA dell’a globina nei pazienti con SCD (Musallam et al., 2013). Malattie mielo-linfoproliferative Agenti demetilanti Il principale rappresentante di questa categoria di farmaci è l’azacitidina (Vidaza®) che ha mostrato degli ottimi risultati negli adulti affetti da mielodisplasia (MDS), leucemia mielo-monocitica cronica (LMMC) o leucemia mieloide acuta (LMA) (Tasian et al., 2014). L’alterazione più studiata della metilazione del DNA è il cosiddetto “silenziamento” dei geni onco-soppressori da ipermetilazione delle isole CpG all’interno della regione del promotore (Dawson e Kouzarides, 2012). L’azacitidina e la decitabina (5-aza-2’-Desossicitidina – Dacogen®) sono analoghi della citidina. In origine, erano considerati come farmaci citotossici. Tuttavia, è stato scoperto che una bassa dose di questi farmaci potrebbe causare la demetilazione mediante l’inattivazione della DNA metiltransferasi-1 (DNMT-1), l’enzima responsabile della metilazione del DNA (Stresemann e Lyko, 2008). Basse dosi di azacitidina o decitabina sono in grado di indurre la ri-espressione di geni precedentemente silenziati. La riattivazione di geni che regolano il ciclo cellulare può così indurre il differenziamento cellulare, ridurre la proliferazione e/o attivare l’apoptosi. Farmaci ed epigenetica in pediatria Recentemente è stata riportata la remissione completa in tre casi su otto bambini affetti da LAM recidivata o resistente, trattati con decitabina in monoterapia (Phillips et al., 2013). Studi di fase 1 su azacitidina e decitabina in associazione alla chemioterapia nei bambini con leucemie acute recidivate o refrattarie sono già in programma (ClinicalTrials.gov: NCT01861002, NCT01853228). In linea con quanto avviene negli USA, in Europa l’ITCC (Innovative Therapies for Children with Cancer) ha in corso uno studio collaborativo, prospettico, internazionale, di fase I/II per stabilire la dose raccomandata e l’efficacia preliminare dell’azacitidina in bambini con nuova diagnosi e/o recidiva di MDS o leucemia mielomonocitica giovanile (JMML). Nel protocollo, ITCC-0015, vengono studiati due dosi nel Livello 1 (75 mg/mq/die) e nel Livello 2 (100 mg/mq/die) (www.itcc-consortium.org). Inibitori delle Iston-Deacetilasi Sono stati identificati 18 HDAC negli esseri umani, 11 sono zincodipendenti, e vengono distribuiti in quattro classi a seconda dell’omologia con le HDAC di lievito (Abujamra et al., 2010). Gli inibitori di HDAC (HDI) sono oggetto di studio e di sperimentazione con l’obiettivo di modificare l’espressione dei geni “silenziati” dall’iperattività delle HDAC (Tab. I). Infatti, gli HDI promuovono l’apoptosi, inducono l’arresto del ciclo cellulare e la differenziazione cellulare, impedendo la trasformazione maligna (Abujamra et al., 2010). Essi sono suddivisi in diverse classi strutturali, tra cui acidi grassi a catena corta (come l’acido valproico e i butirrati), gli idrossamici (come vorinostat e tricostatina-A), i ciclico-tetrapeptidi (come trapoxin e depsipeptide), i benzamidi (ad esempio MS-275) e molti altri composti (Abujamra et al., 2010). Il vorinostat (Suberoylamilide Acid idrossamico, SAHA) blocca l’attività enzimatica delle HDAC sia di Classe I (HDAC1, -2 e -3) che di Classe II (HDAC6) (Lawlor e Thiele, 2012). In Fase 1, il vorinostat è stato utilizzato in pazienti pediatrici con leucemia o tumori solidi (Fouladi et al. 2010), stabilendo la dose massima tollerata in 230 mg/mq/die (via orale). L’acido valproico (VPA) è un acido grasso a catena corta ed è definito un HDI debole, ma la sua disponibilità a lungo termine come farmaco antiepilettico ha spinto la sua valutazione in oncologia come modulatore dell’attività epigenetica. VPA induce una forte inibizione della crescita cellulare nella LAM-FAB M5 (THP-1, MM6 e MOLM-13), attivando un arresto in G1 del ciclo cellulare p53indipendente e quindi l’apoptosi (Tonelli et al., 2006). Diversi studi hanno dimostrato che VPA è più efficace in combinazione con altri agenti. In uno studio di fase 1-2, che prevedeva la combinazione di decitabine e VPA in 54 pazienti con la leucemia acuta refrattaria e con una età mediana alla diagnosi di 60 anni sono stati arruolati anche sette pazienti pediatrici di età compresa tra 4 a 21 anni: tre pazienti hanno mostrato una risposta completa nel midollo, e 1 paziente ha presentato solo il 6% di blasti midollari. Nessuno, nei casi pediatrici presentati, ha mostrato rilevanti eventi di tossicità correlati alla terapia (Garcia-Manero et al., 2006). In un altro studio di fase 1-2, che ha valutato la combinazione di azacitidina, VPA e acido trans-retinoico (ATRA) in 53 pazienti con leucemia mieloide acuta o mielodisplastica ad alto rischio, con un’età mediana alla diagnosi di 69 anni, sono stati coinvolti anche tre pazienti pediatrici, con induzione di una risposta midollare in un caso (Soriano et al., 2007). Tabella I. Elenco dei farmaci che intervengono nella modulazione dell’espressione genomica, dei rispettivi target, dello stato di applicazione in clinica e della patologia di riferimento, prevalentemente di tipo oncologico (da Lawlor e Thiele 2012) . Modificatori epigenetici Target Stato Tumore FDA Ped. Fase I FDA Ped. Fase I Linfoma cutaneo a cellule T/Recidiva tumori solidi Fase II Fase I Fase I Tumore al seno Linfoma Ped. Fase I Recidiva tumori solidi • PCI-34051 HDAC1-3,6 HDAC1-3,8 (Debole) HDAC6,4 HDAC1 HDAC1-4 HDAC1-4 (Debole) HDAC8 HDAC1-3 (Debole) HDAC8 HDAC8 Pre-clinico Tumori solidi refrattari o tumori del SNC Modificatori degli istoni acetilati • JQ1 KAC Pre-clinico Linfoma, tumori MYC-mediati EZH2 EZH2 DOT1L Pre-clinico Inibitori HDAC • Vorinista (SAHA) (Zolinza®) • Romidepsin (FK228) (Istodax®) • Entinostat (SNDX-275) • Panobinostat (LBH589) • Belinostat (PDX101) • Acido Valproico Inibitori HMT • Inibitori EZH2 (Epizyme, Inc.) • 3-Deazaneplanocin A, DZNep • EPZ004777 (Epizyme, Inc.) Linfoma con mutazione EZH2 LLA & LMA con riarrangiamento MLL Inibitori dell’istone demetilasi • Inibitori delle monoaminossidasi: Pargyline, LSD1 LSD1 clorgyline, tranylcypromine (Parnate®) Pre-clinico FDA • Analoghi poliamminici delle bisguanidinasi Pre-clinico LSD1 Inibitori della metilazione del DNA • Decitibine (Dacogen®) Azacytidine (Vidaza®) DNMT FDA • Zebularine Trials clinici DNMT Sindromi mielodisplastiche, Leucemia Mieloide Acuta (o LMA) Sindromi mielodisplastiche, Leucemia Mieloide Acuta (o LMA) 243 G. Russo et al. Oncologia pediatrica Nel neuroblastoma ad alto rischio con amplificazione del MYCN, a dispetto dell’elevata intensità dei protocolli attuati, la prognosi rimane scadente, con percentuale di sopravvivenza inferiore al 5% nelle forme metastatiche in progressione o in recidiva (Calafiore et al., 2013). È riportato che nuove mutazioni in corso di recidiva di neuroblastoma sono rare, mentre l’attività degli enzimi HMT è spesso elevata; la conseguente metilazione degli istoni è responsabile del silenziamento di geni oncosoppressori codificanti per proteine pro-apoptotiche (Bell et al., 2014). Farmaci inibitori di HMTs sono stati in grado di riattivare l’espressione dei geni proapoptotici, enfatizzando il potenziale della terapia epigenetica nel neuroblastoma. I tumori cerebrali rappresentano la forma più comune di tumore solido dell’età pediatrica e il medulloblastoma è la variante più frequente, rappresentando circa il 20% di tutti gli istotipi. Il trattamento si avvale della chirurgia, chemioterapia e radioterapia, raggiungendo percentuali di sopravvivenza a 5 anni del 40% nella fascia di rischio alta e del 80-90% nella fascia di rischio bassa. Si distinguono 4 sottotipi: WNT, SHH, gruppo 3 e gruppo 4 che differiscono per istologia, biologia molecolare, genetica e prognosi e si ritiene che siano il risultato di un’alterazione di differenti pathway nello sviluppo cerebrale. Un’attivazione abnorme di questi pathway porta ad una perdita del normale controllo del ciclo cellulare ed una disfunzione dell’apoptosi con proliferazione cellulare soprattutto cerebellare, rappresentando così potenziali target per nuovi farmaci (Gay e Wilson, 2014). Reumatologia e malattie muscolari Agenti in grado di demetilare il DNA o de-acetilare alcune proteine istoniche potrebbero essere efficaci nel trattamento dell’artrite reumatoide (Gay e Wilson, 2014). Alterazioni dell’epigenoma sono state riscontrate anche in forme idiopatiche o farmaco-indotte di lupus eritematoso sistemico (LES), in particolare, ridotti livelli di metilazione del DNA genomico dei T linfociti periferici sono stati riscontrati in soggetti affetti da LES rispetto a controlli sani. Secondo recenti studi, gli HDI dimostrano un ruolo promettente nella cura delle malattie reumatiche per il loro potente effetto antinfiammatorio; tuttavia, prima di passare all’applicazione clinica, è necessaria una maggiore specificità terapeutica attraverso una maggiore comprensione dei meccanismi molecolari che controllano l’epigenoma (Lim et al., 2013). Evidenze sperimentali e precliniche hanno dimostrato il ruolo chiave degli HDAC nel controllo della progressione della distrofia muscolare (Consalvi et al., 2011). Conclusioni e prospettive future L’introduzione di questi farmaci in terapie di prima linea, in associazione ad altre molecole, nei bambini affetti da mielodisplasie o leucemie acute offrirà una migliore chance terapeutica. L’obiettivo principale comunque resta quello di individuare i farmaci che con scarsi effetti collaterali riescono ad indurre la guarigione o il netto miglioramento della qualità di vita nelle malattie croniche, come nel caso delle emoglobinopatie. Questi farmaci sono oggetto di sperimentazioni in bambini affetti da tumori a prognosi severa. Infine la caratterizzazione di meccanismi epigenetici in cui il sistema immunitario svolge un ruolo cruciale, come nelle malattie a patogenesi autoimmunitaria, potrà offrire un razionale al trattamento “epigenetico” per tutti quei bambini che ancora oggi sono sottoposti a terapie sintomatiche. Box di orientamento Cosa sapevamo prima • Numerose patologie a eziopatogenesi multifattoriale potrebbero essere indotte da alterazioni epigenetiche. • L’espressione del DNA può esser modulata da farmaci che potenzialmente possono attivare o inattivare geni la cui funzione è strettamente legata alla patogenesi di una specifica malattia. Cosa sappiamo adesso • • • • I processi di metilazione e di acetilazione sono cruciali per il controllo della trascrizione. Farmaci diretti a modificare tali reazioni sono capaci di modulare l’espressione della malattia e la gravità dei sintomi. L’introduzione dell’idrossiurea nei pazienti con drepanocitosi ha cambiato il decorso di malattie croniche gravi e invalidanti come la SCD e come la BT. La somministrazione di farmaci demetilanti e degli inibitori delle iston-deacetilasi (HDI) ha permesso il raggiungimento della remissione completa in bambini con malattie mielo-linfoproliferative resistenti alla chemioterapia convenzionale. Quali prospettive per il futuro • Inserimento di questi farmaci in terapie di prima linea, in associazione ad altri farmaci, per bambini affetti da mielodisplasie o leucemie acute. • Sperimentazione di questi farmaci in bambini con tumori a prognosi severa. • Caratterizzazione di meccanismi epigenetici in malattie in cui il sistema immunitario svolge un ruolo cruciale, come quelle a patogenesi autoimmunitaria. Bibliografia Abujamra AL, dos Santos MP, Roesler R, et al. Histone deacetylase inhibitors: a new perspective for the treatment of leukemia. Leukemia Research 2010;34:687-95. Banan M, Bayat H, Azarkeivan A, et al. The XmnI and BCL11A single nucleotide polymorphisms may help predict hydroxyurea response in Iranian β-thalassemia patients. Hemoglobin 2012;36:371-80. Bell E, Chen L, Viprey VF, et al. Meeting Report -3rd Neuroblastoma Research Symposium, Liverpool 2013. Pediatr Blood Cancer 2014;61:1711-13. 244 Calafiore L, Amoroso L, Della Casa Alberighi O, et al. Two stage phase II study of imatinib mesylate in subject with refractory or relapsing neuroblastoma. Annals of Oncology 2013, 24: 1406-1413. Charache S, Terrin ML, Moore RD, et al. Effects of hydroxyurea on the frequency of painful crises in sickle cell anemia. New England Journal of Medicine 1995;332:1317-22. ** Questo studio, di altissimo valore statistico, in doppio cieco, randomizzato, ha dimostrato incontrovertibilmente l’efficacia clinica dell’HU nella SCD. Colombatti R, Perrotta S, Samperi P, et al. on behalf of the Italian Association of Farmaci ed epigenetica in pediatria Pediatric Hematology-Oncology (AIEOP) Sickle Cell Disease Working Group. Organizing national responses for rare blood disorders: the Italian experience with sickle cell disease in childhood. Orphanet Journal of Rare Disease 2013;8:169. * Queste linee guida consistono in indicazioni pratiche per chiunque abbia necessità di gestire bambini con la SCD. Consalvi S, Saccone V, Giordani L, et al. Histone deacetylase inhibitors in the treatment of muscular dystrophies: epigenetic drugs for genetic diseases. Molecular Medicine 2011;17:457-65. Dawson MA, Kouzarides T. Cancer epigenetics: from mechanism to therapy. Cell 2012;150:12-27. ** Questo articolo elenca tutti i meccanismi epigenetici correlati al cancro e le relative terapie “mirate”: dal bancone (bench) del laboratorio al letto del malato (bedside). Ferster A, Sariban E, Meuleman N; Belgian Registry of Sickle Cell Disease patients treated with Hydroxyurea. Malignancies in sickle cell disease patients treated with hydroxyurea. British Journal of Haematology 2003;123:368-9. Fouladi M, Park JR, Stewart CF, et al. Pediatric phase I trial and pharmacokinetic study of vorinostat: a Children’s Oncology Group phase I consortium report. Journal of Clinical Oncology 2010;28:3623-9. ** Questo articolo presenta per la prima volta l’utilizzo del SAHA nei bambini. Garcia-Manero G, Kantarjian HM, Sanchez-Gonzalez B, et al. Phase 1/2 study of the combination of 5-aza-2’-deoxycytidine with valproic acid in patients with leukemia. Blood 2006;108:3271–9. Gay S, Wilson AG. The emerging role of epigenetics in rheumatic diseases. Rheumatology 2014;53:406-14. Karimi M, Cohan N, Pishdad P. Hydroxyurea as a first-line treatment of extramedullary hematopoiesis in patients with beta thalassemia: Four case reports. Hematology 2014 Apr 10. [ahead of print] Kinney TR, Helms RW, O’Branski EE, et al. Safety of hydroxyurea in children with sickle cell anemia: results of the HUG-KIDS study, a phase I/II trial. Pediatric Hydroxyurea Group. Blood 1999;94:1550-4. ** Questo studio ha permesso di estendere le indicazioni all’uso di HU anche all’età pediatrica, allontanando i timori per i potenziali effetti tossici. Kooistra SM, Helin K. Modern mechanisms and potential functions of histone demethylases. Nature Review Molecular Cell Biology 2012;13:297-311. Lawlor ER, Thiele CJ. Epigenetic changes in pediatric solid tumors: promising new targets. Clinical Cancer Research 2012;18:2768-79. ** L’articolo riesce a condensare l’attuale ruolo dell’epigenetica in oncologia pediatrica e le future prospettive per l’applicazione di terapie mirate con “farmaci epigenetici”. Lim PS, Li J, Halloway AF, Rao S. Epigenetic regulation of inducible gene expression in the immune system. Immunology 2013;139:285-93. * Questa review mostra i meccanismi di controllo della trascrizione, soprattutti nei linfociti T e le potenzialità dell’uso dei farmaci specifici per le malattie caratterizzate dall’iper-attività del sistema immunitario. Lunger K, Mader AW, Richmond RK, et al. Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution. Nature 1997;389:251-60. Mabaera R, West RJ, Conine SJ, et al. A cell stress signaling model of fetal hemoglobin induction: what doesn’t kill red blood cells may make them stronger. Experimental Hematology 2008;36:1057-72. Musallam KM, Taher AT, Cappellini MD, et al. Clinical experience with fetal hemoglobin induction therapy in patients with b-thalassemia. Blood 2013;121:2199212. Pourfarzad F, von Lindern M, Azarkeivan A, et al. Hydroxyurea responsiveness in β-thalassemic patients is determined by the stress response adaptation of erythroid progenitors and their differentiation propensity. Haematologica 2013;98:696-704. * Questo articolo introduce per la prima volta l’aspetto dell’eterogeneità della risposta all’Idrossiurea geneticamente determinata. Phillips CL, Davies SM, McMasters R, et al. Low dose decitabine in very high risk relapsed or refractory acute myeloid leukemia in children and young adults. British Journal of Haematology 2013;161:406-10. * Prima esperienza di applicazione della terapia demetilante nei bambini con leucemia acuta. Soriano AO, Yang H, Faderl S, et al. Safety and clinical activity of the combination of 5-azacytidine, valproic acid, and all-trans retinoic acid in acute myeloid leukemia and myelodysplastic syndrome. Blood 2007;110:2302-8. Stresemann C, Lyko F. Modes of action of the DNA methyltransferase inhibitors azacytidine and decitabine. International Journal of Cancer 2008;123:8-13. Tasian SK, Pollard JA, Aplenc R. Molecular therapeutic approaches for pediatric acute myeloid leukemia. Frontiers in Oncology 2014;4:1-11. Tonelli R, Sartini R, Fronza R, et al. G1 cell-cycle arrestand apoptosis by histone deacetylase inhibition in MLL-AF9 acute myeloid leukemia cells is p21 dependent and MLL-AF9 independent. Leukemia 2006;20:1307-10. * Prime indicazioni di utilizzo di farmaci “epigenetici” in un sottotipo di leucemia acuta che non risponde bene alle terapie convenzionali. Wang WC, Ware RE, Miller ST, et al. BABY HUG investigators. Hydroxycarbamide in very young children with sickle-cell anaemia: a multicentre, randomised, controlled trial (BABY HUG). Lancet 2011;77:1663-72. ** Questo studio ha permesso di estendere le indicazioni all’uso di HU anche al primo anno di vita e ha posto l’indicazione alla prevenzione della dattilite. Ware RE, Despotovic JM, Mortier NA, et al. Pharmacokinetics, pharmacodynamics, and pharmacogenetics of hydroxyurea treatment for children with sickle cell anemia. Blood 2011;118:4985-91. Ware RE, Helms RW. For the SWiTCH Investigators. Stroke with transfusions changing to hydroxyurea (SWiTCH). Blood 2012;119:3925-32. Wright R, Saul RA. Epigenetics and primary care. Pediatrics 2013;132:216-23. Corrispondenza Giovanna Russo, U.O.C. Emato-Oncologia Pediatrica, Azienda Policlinico-Vittorio Emanuele, Università di Catania, via Santa Sofia 78, 95123 Catania -Tel. +39 095 3782683 - Fax +39 095 3781154 - E-mail: [email protected] 245