20° Congresso Nazionale SITOX



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SPILLOproject contribution:

ORAL COMMUNICATION

TITLE: Individuazione di proteine off-target potenzialmente responsabili di effetti avversi di farmaci mediante il software SPILLO-PBSS

L’origine biomolecolare degli effetti avversi che possono essere originati dai farmaci spesso non é nota o non é ancora stata chiarita in maniera esaustiva. Ne sono esempi rappresentativi la finasteride (inibitore dell'enzima 5-alfa-reduttasi), largamente utilizzata per il trattamento dell'ipertrofia prostatica benigna e dell'alopecia androgenetica, che può dare origine a disfunzioni sessuali e disturbi psicologici e fisici, ed il bortezomib (inibitore del proteasoma), farmaco di prima linea per il trattamento del mieloma multiplo, che in circa il 50% dei pazienti provoca neuropatia periferica spesso responsabile della sospensione della terapia.

Per riuscire a fornire un’interpretazione biomolecolare degli effetti avversi di tali farmaci é stato utilizzato il software SPILLO potential binding sites searcher (SPILLO-PBSS)1. Tale strumento, unico nel suo genere in quanto riesce ad identificare i siti di legame dei farmaci sulle strutture proteiche anche quando essi si trovano in conformazioni apparentemente inaccessibili perché molto distorte o totalmente chiuse, ha consentito di individuare i potenziali target secondari (proteine off-target) dei farmaci sopraccitati mediante un'analisi sistematica dell'intero proteoma strutturale umano disponibile.

Per quanto riguarda la finasteride, in 5a posizione su circa 17900 proteine analizzate, é stato trovato l'enzima 'feniletanolammina N-metiltransferasi' (PNMT), che catalizza la conversione di noradrenalina in adrenalina e che dalla letteratura é risultato essere strettamente connesso con l'insorgenza dei più comuni effetti negativi della finasteride. Poiché il sito di legame della finasteride é risultato coincidere col sito catalitico di tale enzima, é stato possibile formulare un'ipotesi di inibizione competitiva dell'attività enzimatica ad opera della finasteride. Sia l'interazione tra finasteride e PNMT, sia la natura inibitoria del binding sono state confermate mediante test in vitro e in vivo.2

L'analisi delle potenziali proteine off-target del bortezomib ha portato all'individuazione di un'interazione diretta fra tale farmaco e la tubulina (in 4a posizione su circa 26100 proteine analizzate). In particolare, é stato possibile ipotizzare un'inibizione dell'attività GTPasica della tubulina ad opera del bortezomib ed una conseguente riduzione della catastrofe del microtubulo come possibile causa della neurotossicità di tale farmaco. L'inibizione dell'attività GTPasica ad opera del bortezomib e la riduzione della catastrofe del microtubulo sono state confermate sperimentalmente in vitro, mentre l'interazione diretta tra bortezomib e tubulina é stata dimostrata mediante studi di binding NMR.3

I risultati ottenuti rappresentano un passo avanti verso la comprensione dei meccanismi molecolari alla base degli effetti avversi dei farmaci considerati e costituiscono un'importante validazione sperimentale della metodologia computazionale utilizzata. 

 

References:

[1] A Di Domizio, A Vitriolo, G Vistoli, and A Pedretti. SPILLO-PBSS: Detecting Hidden Binding Sites within Protein 3D-Structures Through a Flexible Structure-Based Approach. Journal of Computational Chemistry. 2014; 35:2005-2017. doi: 10.1002/jcc.23714


[2] S Giatti, A Di Domizio, S Diviccaro, E Falvo, D Caruso, A Contini, and RC Melcangi. Three-Dimensional Proteome-Wide Scale Screening for the 5-Alpha Reductase Inhibitor Finasteride: Identification of a Novel Off-TargetJournal of Medicinal Chemistry (2021); doi: 10.1021/acs.jmedchem.0c02039

[3] A Malacrida, S Semperboni, A Di Domizio, A Palmioli, L Broggi, C Airoldi, C Meregalli, G Cavaletti, and G Nicolini. Tubulin binding potentially clears up Bortezomib and Carfilzomib differential neurotoxic effect. Scientific Reports (2021); doi 10.1038/s41598-021-89856-3