Scienziati dell'Università di Bath del Regno Unito esplorano le racema, un importante tipo di enzima che è collegato a determinati tumori e altre malattie potenzialmente letali ed è anche fondamentale per la funzione cellulare, in un articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Recensioni società chimiche . Gli scienziati propongono anche nuove strategie per trovare farmaci che neutralizzano questi enzimi.

Molte racemasi ed epimerasi svolgono ruoli vitali nelle cellule umane e animali, e negli organismi che causano malattie. Facilitano la corretta funzione nervosa, la degradazione di sostanze tossiche, la formazione di pareti cellulari batteriche e la conversione di alcuni farmaci nella loro forma attiva (la conversione più nota si osserva con l'ibuprofene, che viene preso come una miscela di isomeri e convertito nel fegato nell'isomero S attivo). Ma mentre i normali livelli di racemasi e funzione dell'epimerasi sono generalmente benefici, livelli aumentati possono essere dannosi. A causa di ciò, c'è un notevole interesse nello sviluppo di farmaci che hanno un impatto su questi enzimi.

Ci sono stati risultati promettenti in esperimenti di laboratorio in cui le racemasi (e le relative epimerasi) sono state prese di mira con molecole di farmaci sperimentali. Queste molecole riducono l'attività funzionale delle racemasi e hanno il potenziale per essere sviluppate in nuovi trattamenti per un'ampia gamma di malattie, compresa la prostata, tumori al seno e al cervello; morbo di Alzheimer e altre demenze; infezioni batteriche e virali; malattia di Chagas, e le complicanze del diabete.

Notevoli successi nello sviluppo di molecole che combattono la racemasi includono l'identificazione della D-cicloserina (un prodotto naturale scoperto nel 1954), che viene utilizzato nel trattamento della tubercolosi, una delle principali minacce per la salute globale.

Fino ad ora, non c'è stata una revisione generale di come i farmaci possono essere usati per fermare l'attività di questi potenti enzimi. Il nuovo documento di Bath esplora tutte le strategie note utilizzate per progettare o scoprire tali farmaci, compresi i metodi adottati per misurare la funzione racemasi e, per estensione, l'efficacia dei farmaci. Il documento esamina anche i recenti progressi nello sviluppo di farmaci mirati a enzimi specifici, compreso l'alfa-metilacil-CoA racemasi, un enzima legato al cancro alla prostata, e che è il fulcro della ricerca del team.

Inoltre, i ricercatori di Bath si sono proposti di sviluppare un modello coerente di come racemasi ed epimerasi svolgono le loro funzioni. La loro speranza è di utilizzare questo modello per progettare e sviluppare farmaci più efficaci.

Ciò che rende speciali le racemasi e le epimerasi è la loro capacità di modificare la chiralità delle molecole, ovvero il modo in cui i gruppi nelle molecole si attorcigliano. Molte molecole biologiche mostrano chiralità, e la direzione delle torsioni di una data molecola determina come funziona:molecole speculari con la stessa identica struttura possono comportarsi in modo molto diverso nei sistemi biologici. Questo fenomeno speculare è noto come isomeria stereochimica, e le molecole speculari sono gli isomeri.

Nei sistemi biologici, predomina uno dei due isomeri stereochimici, ma ci sono molti esempi in cui l'isomero meno abbondante svolge un ruolo specifico, ruolo critico nella cellula. Per esempio, l'aminoacido L-serina è abbondante nelle proteine ​​e nelle membrane di tutte le cellule, mentre il suo isomero D-serina ha un ruolo specializzato nella neurotrasmissione nell'uomo e in altri animali superiori. Racemasi ed epimerasi catalizzano la formazione del meno abbondante dei due isomeri dal più abbondante, e quindi cambiare il modo in cui la molecola si attorciglia. Eseguono le loro reazioni utilizzando diverse strategie chimiche, ma di gran lunga il più comune è la rimozione di un protone da un atomo di carbone attivo seguita dall'erogazione di un protone dal lato opposto per estinguere l'intermedio risultante.

Oltre al ruolo che svolgono nella salute umana, racemasi ed epimerasi hanno importanti applicazioni biotecnologiche in percorsi verdi e sostenibili verso sostanze chimiche ad alto valore economico. Questi enzimi possono essere utilizzati per produrre isomeri stereochimici di amminoacidi e altre molecole importanti negli alimenti di difficile accesso, cosmetici, industrie farmaceutiche e della chimica fine.

Per molti anni, il team di Bath ha lavorato sull'α-metilacil-CoA racemasi (AMACR), un enzima che è iperattivato nella prostata e in altri tumori. La ricerca su questo enzima, e sulla ricerca di composti per impedirgli di funzionare, è stato finanziato da diverse organizzazioni, compreso il cancro alla prostata nel Regno Unito.

Dottor Matthew Lloyd, autore principale dell'articolo, ha dichiarato:"Racemasi ed epimerasi sono stati tradizionalmente visti come enzimi di nicchia, tuttavia la loro posizione cardine all'interno dei processi biologici significa che sono ottimi bersagli farmacologici e possono essere sfruttati nella produzione di importanti sostanze chimiche che hanno un grande valore economico perché sono utilizzate negli alimenti, cosmetico, farmaceutico e altre industrie.

"La nostra analisi sistematica degli enzimi racemasi, le reazioni che catalizzano ei modi in cui si può impedire loro di funzionare rivelano diversi temi comuni e suggeriscono diverse nuove strade di ricerca. Grazie alla nostra dettagliata recensione, ora abbiamo una comprensione teorica molto migliore di come funzionano questi enzimi, e questa conoscenza è essenziale se questi enzimi devono essere efficacemente presi di mira dai nuovi farmaci in fase di sviluppo".

Ha aggiunto:"È anche chiaro che ci sono diverse potenziali strategie per sviluppare nuovi farmaci, come la progettazione di farmaci basata su frammenti e lo screening virtuale, che sono maturi per lo sfruttamento. Speriamo che questo documento stimolerà nuove ricerche su questi enzimi sottovalutati".

Simon Grieveson, capo della ricerca presso Prostate Cancer UK, ha dichiarato:"Il cancro alla prostata è il cancro più comune negli uomini, e abbiamo un disperato bisogno di cure migliori. Ecco perché ci impegniamo a finanziare ricerche come questa che esplorano nuovi modi promettenti per affrontare la malattia.

"Attraverso il loro dettagliato lavoro di laboratorio, Il Dr. Lloyd e il suo team hanno trovato con successo modi per colpire e sopprimere una proteina chiave coinvolta nella crescita del cancro alla prostata. Non vediamo l'ora di vedere come progredirà questa ricerca nei prossimi anni e il suo ruolo nello sviluppo di nuovi trattamenti per gli uomini".