Le DACA

ARTICLE

Origine et structure

Depuis plus d'une trentaine d'années, une équipe néo-zélandaise développe des dérivés acridines en vue d'obtenir des agents antitumoraux. En 1974, B. Cain et al. [1] ont élaboré l'amsacrine (figure 1), dérivé anilino-acridine doté de propriétés antitumorales remarquables. Ce médicament fut assez fréquemment utilisé dans les années quatre-vingt-dix pour le traitement de leucémies aiguës et de certains lymphomes. À l'heure actuelle, il n'est plus fréquemment prescrit et préserve un intérêt thérapeutique marginal en oncohématologie [2]. L'équipe d'Auckland dirigée par B. Baguley et W. Denny a poursuivi activement le développement d'agents antitumoraux dérivés de l'acridine, les conduisant à la synthèse d'une série d'analogues porteurs d'une chaîne carboxamide en position 4. Le dérivé amsacrine-
4-carboxamide CI921 (figure 1) présentait un profil antitumoral intéressant, et avait fait l'objet d'essais cliniques, notamment pour le traitement des cancers du poumon non à petites cellules [3, 4]. Parmi les dérivés acridines dépourvus de la fraction aniline, le dérivé le plus actif est le DACA (N-[2-(diméthylamino)éthyl]acridine-4-carboxamide) (encore dénommé XR5000 par la société Xenova, UK) (figure 1) actuellement en essai clinique sous les auspices du Cancer Research Campaign en Grande-Bretagne.

Mode d'action

L'ADN et les topo-isomérases représentent les cibles moléculaires majeures du DACA. Ce composé n'est pas le seul agent antitumoral à la fois ligand de l'ADN et des topo-isomérases, loin s'en faut. Les modalités d'action de la doxorubicine et de la mitoxantrone sont similaires. Mais le DACA présente des particularités intéressantes tant du point de vue de sa fixation à l'ADN que du point de vue de l'inhibition des topo-isomérases.

Les dérivés de l'acridine sont connus de longue date pour leurs propriétés antimicrobiennes et mutagènes, mais aussi pour leurs capacités d'interaction avec les acides nucléiques. La 9-amino-acridine est un précurseur historique de nombreux agents antitumoraux, à l'origine de la caractérisation de l'intercalation de ces produits dans l'ADN. La quasi-totalité des dérivés de l'acridine, y compris l'amsacrine, sont des agents intercalants capables de stabiliser la structure en double hélice de l'ADN, c'est-à-dire susceptibles de maintenir la cohésion entre les deux brins d'ADN complémentaires et l'appariement entre les bases des acides nucléiques.

De par sa structure plane, le DACA n'échappe pas à ce phénomène, et se comporte lui aussi comme un véritable agent intercalant. La chaîne cationique 4-carboxamide renforce l'affinité du DACA à l'ADN. La constante d'association du DACA pour l'ADN est environ 30 fois supérieure à celle de son homologue 9-amino-acridine dépourvu de la chaîne latérale. Par ailleurs, cette chaîne confère une sélectivité importante pour les séquences d'ADN riches en paires de bases G*C. La sélectivité de séquence des dérivés 4-carboxamide a été démontrée aussi bien pour les molécules de la série amino-acridine (comme le DACA) que pour celles de la série anilino-acridine (comme le CI921) [5]. La nature chimique de la chaîne 4-carboxamide est également un paramètre important pour le transport de la molécule à travers les membranes cellulaires [6].

Quant au mode d'interaction du DACA avec l'ADN, une controverse vient d'être levée. Selon le sens d'insertion du chromophore acridine entre les paires de bases de l'ADN, la chaîne latérale peut se fixer dans l'un ou l'autre des deux sillons qui séparent les deux brins complémentaires. La fixation dans le petit sillon semblait l'hypothèse la plus probable sur la base de résultats expérimentaux [5, 7]. D'autant plus que la grande majorité des ligands de l'ADN et la quasi-totalité des agents intercalants entrent en contact avec les paires de bases de l'ADN par l'intermédiaire du petit sillon. Cependant, deux études récentes sur les structures cristallines des complexes formés entre de courts oligonucléotides et deux analogues du DACA [9-amino-DACA et 9-amino-6-bromo-DACA] ont apporté la preuve que la chaîne alkyl se logeait dans le grand sillon de l'ADN (figure 2) [8, 9]. Une telle disposition est, de ce fait, tout à fait inattendue, voire unique pour les agents intercalants, et pourrait être à l'origine du profil cytotoxique particulier du DACA. La présence du DACA au niveau du grand sillon de l'ADN pourrait interférer considérablement avec la fixation de certaines protéines au niveau de séquences particulières.

L'inhibition des topo-isomérases semble jouer un rôle prépondérant dans le mécanisme d'action du DACA. Les topo-isomérases régulent les processus de compaction et de décompaction de l'ADN dans la cellule. Au-delà de ce rôle structural, elles exercent aussi un rôle fonctionnel essentiel lors de la réplication, de la transcription ou encore de la ségrégation des chromosomes lors de la mitose [10]. À ce titre, ces enzymes constituent des cibles privilégiées pour de nombreux médicaments anticancéreux (étoposide, anthracyclines, camptothécine). Alors que l'amsacrine n'inhibe que la topo-isomérase II, le DACA interfère également avec la topo-isomérase I. Cette dualité d'action se traduit par de multiples coupures d'un seul (topo-isomérase I) ou des deux brins de l'ADN (topo-isomérase II). Les agents antitumoraux intercalants, capables d'agir comme des doubles poisons stabilisant les complexes ADN-topo-isomérase I/II, sont relativement peu nombreux [11]. On peut citer par exemple l'intoplicine, la saintopine ou encore le dérivé indénoquinoline TAS-103 qui lui aussi fait l'objet d'essais cliniques en cancérologie [12]. Le DACA est cependant un inhibiteur de la topo-isomérase II moins efficace que l'amsacrine ou l'étoposide [13]. Il semble agir préférentiellement au niveau de la topo-isomérase IIß [14], comme c'est le cas pour l'amsacrine [15, 16]. De même, l'inhibition de la topo-isomérase I est moins puissante que celle de la camptothécine [17]. Des changements mineurs de la structure du produit peuvent avoir des répercussions importantes sur le mécanisme d'action de la molécule, puisqu'aux faibles concentrations, le DACA inhibe préférentiellement la topo-isomérase II alors que son homologue, le dérivé 7-chloro-DACA, agit davantage sur la topo-isomérase I [18].

Études précliniques

Chez la souris, le DACA présente une activité cytotoxique vis-à-vis de tumeurs solides telles que les adénocarcinomes pulmonaires de Lewis [19]. L'intérêt porté à cette nouvelle molécule tient surtout à son action cytotoxique sur des lignées cellulaires qui présentent une résistance à la chimiothérapie. Cela le distingue de nombreux autres inhibiteurs de topo-isomérase. La résistance multidrogue (MDR), source de résistances croisées entre différentes drogues de chimiothérapie anticancéreuse, et en particulier avec les inhibiteurs de topo-isomérase II (moindre pour les inhibiteurs de topo-isomérase I comme la camptothécine), est la principale cause d'échec thérapeutique. Elles peuvent être liées à des surexpressions de la glycoprotéine P, ou des protéines associées à la MDR (MRP : MDR related protein), et sont impliquées dans la résistance de certains produits lipophiles comme l'étoposide. Une résistance MDR dite étendue peut également apparaître pour les dérivés tels que le chlorambucil, le méthotrexate ou le cisplatine. Pour sa part, le DACA est une molécule fortement cytotoxique contre un large éventail de lignées cellulaires de phénotype MDR. Une résistance minime peut survenir dans le cadre d'une résistance MDR étendue. En comparaison, l'idarubicine, molécule lipophile dérivée de la doxorubicine, est inactive sur les lignées présentant le phénotype MDR ou le phénotype MDR étendu [20, 21]. Le DACA est également capable, à l'inverse des autres inhibiteurs de topo-isomérase II, de contourner la résistance de la lignée leucémique Jurkat, exprimant de faibles taux de topo-isomérase II et hautement résistante à l'amsacrine, l'étoposide et la doxorubicine [22] (figure 3). La dualité d'action du DACA, inhibiteur des topo-isomérases I et II, pourrait expliquer en partie ces propriétés [17].

Le DACA a une activité curative importante in vivo. Il est par exemple plus actif que l'étoposide ou la doxorubicine dans un modèle d'adénocarcinome de Lewis implanté chez la souris [19]. Cette activité curative est également observée dans des xénogreffes de tumeurs coliques (côlon 38) ou de mélanome (NZM3). Dans le modèle digestif, l'activité antitumorale est similaire à celle du fluoro-uracile mais surtout supérieure à celle de la doxorubicine ou du CI921, dérivé amsacrine-4-carboxamide mentionné auparavant. La mitoxantrone, l'amsacrine, l'étoposide, le téniposide et la daunorubicine sont quant à eux inactifs dans ce même modèle [23].

Résultats cliniques

Des études de phase I ont été élaborées depuis 1994 selon différents modes d'administration [24-26]. Le DACA est administré sous forme de perfusion IV continue, par voie périphérique [24, 26] ou centrale [25], sur 3 ou 120 h [24 et 25 respectivement] et toutes les 3 semaines.

Dans l'étude de McCrystal et al. [24], la dose de départ a été fixée à 18 mg/m². Le dernier palier de dose, atteint selon un protocole de Fibonacci modifié, est de 1 000 mg/m². Le profil toxique de la molécule est dominé par des symptômes réversibles inhabituels dans leur nature et leur intensité. La douleur du bras, associée dans certains cas à une gêne faciale (buccale ou oculaire essentiellement), représente la dose toxique limitante (DLT). Ce symptôme apparaît dès le début de l'essai clinique, soit à 18 mg/m². La douleur du bras, d'apparition précoce, donne une sensation de cuisson ou de compression, quelques centimètres autour du point d'injection. Elle s'étend ensuite rapidement dans tout le bras avant de s'atténuer progressivement. Si la perfusion est arrêtée (ou le bras élevé), la douleur décroît et le reste de la dose peut souvent être de nouveau administré, sans que la douleur n'atteigne la même intensité. Doubler le volume de perfusion, prescrire des anti-inflammatoires, des dérivés stéroïdiens, des opiacés, des benzodiazépines, n'apporte aucune protection contre l'intensité de la douleur. D'autre part, il n'y a pas de corrélation entre la douleur du bras pour chaque patient et les paramètres pharmacocinétiques individuels. La cause de cette DLT reste encore inexpliquée. Il est possible d'attribuer ce phénomène à une altération ou à une inflammation des parois des vaisseaux. Mais aucun autre signe de vasoconstriction n'a été décrit. Il peut également être lié à un mécanisme dépendant de récepteurs à la douleur.

La gêne au niveau de la bouche et/ou de la face, caractérisée par des paresthésies, dysesthésies et chaleur labiale, survient pour des doses de 480 mg/m², à 30, voire 90 min de perfusion. Une conjonctivite peut apparaître à la dose de 350 mg/m². Les toxicités « standards » (myélosuppression, nausées, vomissements, alopécie, mucites...) sont rares. Quelques thrombophlébites de grade modéré peuvent survenir. La dose maximale tolérée (MTD) où plus de 33 % des patients présentent une DLT est fixée dans ce protocole à 750 mg/m² [24]. La DLT est similaire dans une étude de phase I préliminaire [26] alors que le protocole d'administration ne variait que sur la durée d'administration (3 jours consécutifs).

Chez l'homme, le métabolisme du DACA, déterminé par mesure d'émission de positron (PET-scanning) ou par mesure biochimique (HPLC) est rapide, extensif (44 % de la dose est excrétée dans les urines des 72 h) et moins complexe que chez l'animal [27]. Le métabolite urinaire majeur est le DACA-N-oxide-9(10H)acridone (34 ± 3 % de la dose administrée) et les métabolites plasmatiques majeurs sont le DACA-9(10H)acridone et le DACA-N-oxide-9(10H)acridone. Le DACA est donc biotransformé par N-oxydation et formation d'acridone, deux étapes indispensables à la détoxification de la molécule [28].

Chez l'homme, la cinétique du DACA est linéaire et suit un modèle à deux compartiments. Tous les paramètres pharmacocinétiques sont indépendants de la dose administrée. Le DACA se lie à l'*1-glycoprotéine acide. La fraction libre plasmatique est de l'ordre de 0,9 à 3,3 %, plus faible que chez la souris (15,8 %). Après une administration de 750 mg/m² en perfusion continue sur 3 h toutes les 3 semaines (MTD), l'aire sous la courbe (ASC) estimée à 46,2 ± 4,4 µM x h est plus importante que chez la souris, dans les mêmes conditions [29]. Aux vues des résultats pharmacocinétiques obtenus chez la souris, la dose à administrer chez l'homme serait approximativement de 3 000 mg/m² [30], ce qui n'a pas été prescrit dans cette étude. Si tel était le cas, la douleur du bras au point d'injection serait limitante pour la prescription de DACA à des doses potentiellement thérapeutiques. Pour réduire cette douleur, il serait possible d'augmenter le temps de perfusion et d'administrer le DACA par une voie veineuse centrale. C'est le schéma d'administration qu'a présenté le second essai de phase I [25], dans la crainte de voir les douleurs se déplacer au niveau thoracique ou les thrombophlébites atteindre des veines centrales. L'étude clinique comprend des paliers de doses qui s'étendent de 700 à 3 010 mg/m². Contrairement à toute attente, le DACA a été bien toléré et l'étude se poursuit avec un palier de dose supplémentaire à 4 010 mg/m².

CONCLUSION

Les inhibiteurs de topo-isomérases utilisés actuellement en chimiothérapie anticancéreuse sont sélectifs vis-à-vis de l'une ou l'autre enzyme. Par exemple, l'irinotécan n'inhibe que la topo-isomérase I, sans aucun effet sur la topo-isomérase II. À l'inverse, l'étoposide interfère exclusivement au niveau de la coupure de l'ADN par la topo-isomérase II. Seule l'actinomycine, utilisée de longue date en clinique, présente une action double sur les deux classes de topo-isomérases mais son action inhibitrice est très limitée et n'est probablement pas à mettre en rapport avec son action cytotoxique (vraisemblablement due à l'inhibition de la synthèse d'ARN). Le DACA est donc l'un des représentants majeurs d'une nouvelle classe d'inhibiteurs de topo-isomérases présentant une action mixte sur les deux familles d'enzymes.

Dans la cellule cancéreuse, lorsque la topo-isomérase I est inhibée, l'expression de la topo-isomérase II est amplifiée, cela afin de combler le déficit en enzymes nécessaires à la régulation de la topologie des acides nucléiques [31]. Un composé comme le DACA, capable d'enrayer simultanément l'action des deux enzymes, pourrait ainsi combattre plus efficacement la prolifération de la cellule tumorale.

Par ailleurs, le DACA présente un profil cytotoxique peu commun. Son action antiproliférative puissante vis-à-vis de lignées cellulaires particulières (carcinome de Lewis), résistantes à de nombreux agents antitumoraux conventionnels (étoposide, anthracyclines, alkylants), et son passage à travers la barrière hémoméningée laissaient présager d'une évolution clinique favorable. Mais à ce jour aucune réponse objective n'a encore été enregistrée lors des premiers essais cliniques. Il est vraisemblable que les doses préconisées sur la base de modèles murins pour ces essais préliminaires chez l'homme soient insuffisantes. Néanmoins, même à ces doses subthérapeutiques, le DACA a produit des effets indésirables inhabituels et imprévisibles, se manifestant par des douleurs des membres supérieurs et de la face. Comprendre et élucider ces effets secondaires apporteront de grands bénéfices quant à l'optimisation de la prescription du DACA. Les espoirs reposent maintenant sur les résultats des essais cliniques où le temps de perfusion du DACA, administré par voie veineuse centrale, serait augmenté, améliorant ainsi son efficacité thérapeutique tout en diminuant ses toxicités. Récemment, quatre études de phase II ont été initiées dans le cadre de cancers colorectaux, ovariens, pulmonaires non à petites cellules et pour des gliomes. Pour chaque localisation, 25 patients ont été recrutés. Ces études multicentriques qui impliquent un total de 23 centres anticancéreux devraient apporter des réponses précises sur l'efficacité thérapeutique du DACA pour le prochain millénaire.

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