Los múltiples procesos de señalización celular en los cuales participa mTOR llevaron a considerar la inhibición de mTOR como estrategia para el desarrollo terapéutico contra el cáncer. Sin embargo, tras la inhibición de mTORC1, la consecuente activación de AKT hizo que el beneficio terapéutico que se les atribuyó en un principio a moléculas como rapamicina (también conocida como sirolimus,
Rapamune TM, Wyeth) o everolimus (RAD001, Afinitor; Novartis) fuera realmente
limitado. La limitación de estas moléculas venía dada por la incapacidad de inhibir otros procesos celulares como la proliferación de células cancerosas mediada por AKT [Dancey JE, 2006, Tabernero JM et al, 2008]. A pesar de ello, es indiscutible la relevancia que esta primera generación de inhibidores de mTOR ha tenido en el estudio y comprensión de la vía PI3K/AKT/mTOR.
Los mecanismos de acción de rapamicina han sido muy bien descritos. Esta molécula se une al dominio FRB (FKBP12-Rapamycin binding) perteneciente a la proteína FKBP12 (FK506-binding protein) y que se encuentra adyacente al dominio catalítico de mTOR [Benjamin D et al, 2011]. Diversos estudios han mostrado que
mTORC2 es insensible a rapamicina [Jacinto E et al, 2004; Sarbassov DD et al, 2006], aunque a tiempos largos de exposición a rapamicina mTORC2 también puede verse inhibido dependiendo del tejido (Figura I14).
Figura I14.- Estructura química de los rapálogos y su interacción a mTOR. Los rapálogos, como la rapamicina se unen a FKBP12. Una vez formado el complejo FKBP12-rapamicina, éste se une al dominio de unión FRB que se encuentra adyacente al dominio quinasa de mTOR. El complejo resultante altera la composición y/o conformación de los complejos mTORC1 y/o mTORC2, así como el acceso a sus sustratos como PRAS40. Para los rapálogos CCI779, RAD001 y AP23573, se indican los grupos sustituyentes de la posición C-40 modificados respecto a la rapamicina.
3.1.2.1.1.- Primera generación: Rapálogos.
La rapamicina es un producto natural sintetizado por la bacteria Streptomyces hygroscopicus con propiedades fungicidas, inmunosupresoras y antiproliferativas. Sin embargo, si la rapamicina ha pasado a la historia por algo es por su actividad inhibitoria contra la proteína mTOR [Vilar E et al 2010]. La rapamicina pasó rápidamente a ensayos clínicos debido a la importancia de mTOR en cáncer. Sin embargo, no resultó ser una molécula tan eficaz como se esperaba. La rapamicina no inhibe AKT ya que no es capaz de unirse y desorganizar el complejo mTORC2, así como lo hace con mTORC1, lo que lo convierte en un inhibidor poco efectivo en terapia contra el cáncer. Esto conllevó la utilización y desarrollo de nuevos y más eficaces inhibidores de mTORC1 en clínica. A partir de la rapamacina se han sintetizado varios compuestos mejorados: temsirolimus (CCI-779), everolimus (RAD001) y ridaforolimus (AP23573). Estos compuestos integran la familia de rapálogos, conocidos también como la primera generación de inhibidores de mTOR. Estos rapálogos son capaces de inhibir la proliferación celular mediante parada de ciclo, inducen apoptosis en algunos modelos celulares, inhiben angiogénesis y presentan una toxicidad limitada en tejidos normales. Aunque es cierto que en ensayos clínicos estos rapálogos siguen mostrando un efecto
sólo modesto, los estudios con estas moléculas aportaron un mayor conocimiento de las funciones de la vía lo que ha permitido el desarrollo de nuevos inhibidores más específicos así como el planteamiento de nuevas estrategias terapéuticas: la inhibición dual de mTORC1 y mTORC2 mediante inhibidores ATP miméticos.
3.1.2.1.2.- Segunda generación: Inhibidores ATP miméticos.
La identificación y desarrollo de nuevos y más potentes inhibidores de mTOR ha permitido superar la relativa ineficacia de los inhibidores de primera generación. La eficacia de estos nuevos inhibidores radica en su capacidad de inhibir tanto mTORC1 como mTORC2. La inhibición simultánea de ambos complejos se debe a la capacidad de estas moléculas de interaccionar con el lugar de unión del ATP localizado en el centro activo del dominio quinasa de mTOR [Guertin DA et al., 2009]. Al ocupar el lugar del ATP la actividad catalítica de mTOR queda inhibida, y por tanto, la de ambos complejos. Es por esto que, a estas moléculas, se les conoce como inhibidores ATP miméticos. La ventaja respecto a los rapálogos de primera generación es que al tener como diana simultáneamente ambos complejos de mTOR reducen la regulación positiva de PI3K/AKT que se produce tras la inhibición de mTORC1. En consecuencia, han mostrado una inhibición potente de S6K1, 4E-BP1 y AKT en la Ser473 [Liu Q et al., 2009] (Figura I15).
Figura I15.- Mecanismos de acción de los inhibidores de mTOR
Además, debido a que tanto el dominio catalítico de mTOR, como la subunidad p110α de la PI3K, se encuentran relacionados estructuralmente, algunos compuestos pertenecientes a la segunda generación han mostrado una actividad dual contra ambas
proteínas, PI3K y mTOR.Este es el caso de moléculas como, AZD-8055 (AstraZeneca) OSI-027 (OSI Pharmaceuticals), WYE354 y PP242, cuya especificidad por diferentes dianas puede llegar a ser muy dispar a pesar de pertenecer a la misma familia de inhibidores (figura I16).
A
B
C
Figura I16.- Inhibidores de mTOR de segunda generación. (A) Estructuras químicas de los principales inhibidores ATP miméticos. (B) Modelos in silico de la interacción de PP242 y WYE354. (C)
Especificidad de inhibición de PP242 y WYE354 en comparación con otras proteínas del kinoma humano.
La mayoría de inhibidores duales de PI3K/mTOR han entrado ya en fase clínica I-II, mostrando una mayor eficacia en el tratamiento contra el cáncer. La actividad anticancerígena de estas moléculas se ha ensayado como agentes únicos o en combinación con otros agentes quimioterapéuticos convencionales y radiación, mostrando actividad antiproliferativa sinérgica en diversos tipos tumores hematológicos y sólidos [Liu Q et al., 2012].