cicCartuja Centro de Investigaciones Científicas de la cartuja
Chem. Eur. J. 2020, Vol. 26, 10024–10034
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Una de las aproximaciones más potentes desarrolladas en los últimos años para el diseño de nuevos fármacos es la denominada “Descubrimiento de fármacos basado en fragmentos (FBDD, de Fragment Based Drug Discovery). Un fármaco, en la gran mayoría de los casos, consiste en una molécula de tamaño medio capaz de unirse específicamente a una determinada proteína (diana terapéutica) para desencadenar o inhibir una determinada señalización molecular, relacionada con la enfermedad que se pretende tratar. Esta unión tiene lugar en sitios específicos, normalmente de geometría cóncava, en la superficie de la proteína (sitio activo), y el conocimiento de la geometría de dicho sitio es de importancia capital para desarrollar moléculas geométricamente complementarias que interaccionen fuertemente como las piezas de un puzzle (o como una llave interacciona ajustadamente con su cerradura). En la aproximación FBDD, el sitio activo se divide formalmente en dos o tres subsitios más pequeños, y se buscan moléculas que se unan a dichos subsitios, recomponiendo finalmente el potencial fármaco mediante la unión de los 2 o 3 fragmentos constituyentes, dando lugar a una molécula con una potencia de unión mejorada.
Una diana biológica y farmacológicamente relevante para la que existe un elevado interés en desarrollar nuevos fármacos es la toxina del cólera. Esta toxina es segregada por la bacteria Vibrio cholerae e internalizada en las células epiteliales del intestino, durante el proceso de infección, produciendo un aumento considerable de la liberación de agua de dicho tejido intestinal, dando lugar a intensas diarreas que pueden llegar incluso a producir la muerte. El cólera es todavía prevalente en muchos países en desarrollo, sobre todo tras la ocurrencia de desastres naturales, es decir en situaciones de carencia de tratamiento del agua o de las aguas residuales, o hacinamiento, guerra e inanición. La toxina tiene dos subunidades, una tóxica (CTA), y otra (CTB) responsable de la adhesión específica a las células del intestino. Dicha adhesión ocurre por la unión de CTB con un glicolípido (GM1) presente en la superficie de las células epiteliales, y la inhibición de dicha adhesión supone un impedimento para la entrada de la toxina y su posterior bioactividad no deseable. Por tanto, el desarrollo de fármacos pasa en este caso por encontrar inhibidores de la interacción CTB-GM1. Dichos inhibidores deben ser, a su vez, fáciles de sintetizar en el laboratorio y con buena biodisponibilidad para convertirse en fármacos.
La geometría del sitio activo de CTB para la unión a GM1 es bien conocida, mediante estudios cristalográficos, y el sitio se sabe que está constituido a su vez por dos subsitios más pequeños, con especificidad para unirse a moléculas de galactosa y de ácido siálico. La mayoría de los esfuerzos hacia el diseño de inhibidores de CTB se han basado en explotar dicha geometría de 2 subsitios.
En este artículo publicado en Chemistry – A European Journal, el grupo de investigación liderado por Jesús Angulo, en colaboración con el grupo de la profesora Inmaculada Robina, de la Universidad de Sevilla, han podido desvelar que el sitio activo de unión a GM1 es, de hecho, mucho más dinámico de lo que se pensaba, y han revelado la existencia de un subsitio adicional adyacente a dicho sitio activo principal, y que sólo está accesible parcialmente en la proteína libre, haciéndose accesible en la presencia de moléculas de geometría apropiada. Es decir, la toxina posee 2 subsitios permanentes, pero puede presentar un tercero adicional, si el diseño del fármaco es apropiado (denominándose por ello un “subsitio críptico”). La disponibilidad de nuevos subsitios permite incrementar la afinidad de la unión hacia otras moléculas, de ahí su interés en el diseño de fármacos.
El trabajo ha combinado experimentos avanzados de resonancia magnética nuclear (RMN), como los denominados DEEP-STD NMR, simulaciones de dinámica molecular, y síntesis química de los compuestos con geometría apropiada para unirse a CTB. La importancia de este trabajo es doble: por un lado, abre un nuevo camino hacia el diseño de novedosas geometrías moleculares (de tres subsitios) para desarrollar inhibidores más potentes de CTB como potenciales agentes terapéuticos contra la infección de cólera, y, por otro lado, plantea un nuevo protocolo multidisciplinar de aplicación general para explorar cómo se comportan los distintos subsitios en los que está constituido un sitio activo principal de una diana terapéutica en presencia de potenciales fármacos. Y esto, en el presente trabajo, ha demostrado ser útil para revelar nuevos subsitios de unión que pueden explotarse para diseñar fármacos más potentes.
Más información:
Exploring Multi-Subsite Binding Pockets in Proteins: DEEP-STD NMR Fingerprinting and Molecular Dynamics Unveil a Cryptic Subsite at the GM1 Binding Pocket of Cholera Toxin B.
Chemistry - A European Journal, 2020
