Applications of click chemistry and molecular modeling to the development of pharmacological chaperones for gaucher disease

Resumen

La enfermedad de Gaucher (EG) es una esfingolipidosis causada por la acumulación de Glucosilceramida (GlcCer) en los lisosomas de los macrófagos como consecuencia de la alteración del enzima Glucocerebrosidasa (GlcCerase). Las mutaciones en el mismo conducen a una baja actividad enzimática y a la acumulación del sustrato (GlcCer) en órganos esenciales como bazo, hígado y médula ósea. Existen varias aproximaciones terapéuticas para el tratamiento de la enfermedad. Últimamente ha adquirido importancia la utilización de las denominadas chaperonas farmacológicas. Estos compuestos suelen ser inhibidores competitivos del enzima que, a concentraciones sub-inhibitorias, pueden favorecer el correcto plegamiento de la proteína mutada en la etapa de maduración, evitando así su destrucción por el proteasoma celular. Ello da lugar a un aumento de los niveles celulares del enzima y a la restauración parcial de la actividad enzimática celular, lo que permite aliviar los síntomas de la enfermedad. Dado que se trata de compuestos que se unen de forma reversible al enzima, son susceptibles de desplazamiento por parte del sustrato natural una vez el enzima mutado ha alcanzado su lugar de acción. A partir trabajos previos de nuestro grupo de investigación en que se han obtenido inhibidores selectivos del enzima GlcCerase derivados del núcleo de aminoinositol y del conocimiento de las estructura tridimensional del enzima diana, nos planteamos como objetivo principal de este proyecto de tesis doctoral el diseño racional de nuevos aminoinositoles susceptibles de ser empleados como chaperonas farmacológicas de la GlcCerase. La estrategia general se ha basado en el diseño de quimiotecas en las que se explora la diversidad estructural de la sustitución en el átomo de nitrógeno del aminoinositol. Con objeto de facilitar la producción de dichas quimiotecas, se han llevado a cabo reacciones de tipo click chemistry que conllevan la introducción de un espaciador triazolilalquil de longitud variable entre la cadena lateral (R) y el núcleo de aminoinositol: Figura 1. Estructura general de las quimiotecas de derivados de aminoinositol El trabajo presentado puede desglosarse en varias fases: 1) Estudio de la influencia de la longitud del espaciador (n): Los estudios realizados con una pequeña colección de compuestos, en los que R son cadenas alquilo de longitud variable y n = 1-3, demostraron que el espaciador n=1 conduce a los compuestos más eficaces. 2) Selección de los grupos R más adecuados para explorar la diversidad estructural de la cadena lateral.. 3) Síntesis de la quimioteca resultante de la selección de grupos R (mediante reacciones de tipo click) y puesta a punto de un método de screening in situ, lo que permite seleccionar de manera rápida y eficaz los mejores compuestos de la quimioteca para su posterior obtención individualizada a escala superior para posteriores estudios farmacológicos. 4) Estudios QSAR a partir de los compuestos obtenidos, mediante técnicas de tipo CoMFa, CoMSIA y GRID GOLPE. Estos estudios son de gran valor para discernir los aspectos estructurales esenciales en la interacción de este tipo de compuestos con su diana biológica. Este trabajo se ha llevado a cabo en el marco de una colaboración con el Dr. Ismael Zamora (Lead Molecular Design). 5) Estudio de la interacción ligando-receptor mediante métodos de dinámica molecular. Se ha utilizado el método LIE, desarrollado por el grupo del Prof. J. Aqvist (Universidad de Uppsala) para estudiar la interacción ligando-receptor de de una amplia colección de aminoinositoles que incluye tanto los preparados en esta Tesis Doctoral como algunos de los obtenidos anteriormente en el grupo de trabajo. Este trabajo ha permitido utilizar con éxito el método LIE a moléculas de elevada flexibilidad conformacional, lo que era inédito hasta la fecha. 6) Estudio de la actividad chaperona en fibroblastos con mutaciones de la enfermedad de Gaucher. Este trabajo se está llevando a cabo en la actualidad en colaboración con el Departamento de Genética de la Universidad de Barcelona. Se han escogido los compuestos con mejor perfil como inhibidores de la GlcCerase in vitro.