DESARROLLANDO DROGAS PARA LOS 'INDISCIPLINADOS'

 por Abigail Sawyer

Resumen

Hay hasta 650.000 interacciones proteína-proteína (IBP) "no farmacológicas" en el interactoma humano que pueden considerarse potencialmente como nuevas dianas terapéuticas. ¿Cómo se convierte el 'indiscutible' en 'drogadicto'?

Durante la última década, los IBP se han convertido en objetivos prometedores en el tratamiento de precisión de enfermedades graves en las que las opciones terapéuticas son limitadas. Esto ha abierto nuevas vías para apuntar a proteínas clásicamente consideradas 'no farmacológicas'.

Se ha estimado que hay hasta 650 000 IBP en el interactoma humano y solo aproximadamente el 2% de ellos habían sido dirigidos con fármacos en 2011 [ 1 ]. Son la base de muchos procesos celulares importantes: ejemplos de IBP relevantes para la enfermedad incluyen las asociaciones entre factores de transcripción y sus coactivadores, y otras proteínas de señalización. Sin embargo, debido a las dificultades con su estudio, la mayoría ha permanecido esquiva y no se ha entendido completamente.

Los IBP son dianas moleculares atractivas para el descubrimiento de fármacos modernos, que se basa en la identificación de nuevas terapias para abordar de forma selectiva vías específicas de la enfermedad [ 2 ]. Por tanto, el potencial para el desarrollo de fármacos con IBP es inmenso; sin embargo, existen muchos desafíos con la identificación de compuestos de interferencia de moléculas pequeñas, lo que genera la necesidad de nuevos enfoques de detección.

Abordar a los 'indisciplinados'

Clásicamente, se considera que los IBP no son farmacológicos [ 3 ]. Esto se debe a la forma en que interactúan las proteínas: no tienen bolsas de unión bien definidas, a diferencia de las interacciones enzima-sustrato que se consideran farmacológicas. En cambio, tienen superficies de contacto que suelen ser planas, sin rasgos distintivos y relativamente grandes, que interactúan a través de interacciones electrostáticas e hidrófobas, enlaces de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals sobre áreas más grandes y menos definidas. Estas diferencias se demuestran en la Figura 1 .

Figura 1. La diferencia entre las interacciones enzima-sustrato y proteína-proteína.

Reproducido de [ 4 ].

Como no se unen a ligandos de moléculas pequeñas (o sustratos), no se proporciona un punto de partida en el que se pueda basar el diseño del fármaco, como es el caso de las interacciones enzima-sustrato. Los IBP presentan más dificultades debido a que no existe una medida natural para su aparición, nuevamente, a diferencia de la interacción enzima-sustrato, no se forma un producto como resultado. Esto dificulta el desarrollo de ensayos y estudios in vitro .

Aun así, el cribado de alto rendimiento también rara vez identifica compuestos que pueden ajustarse a los PPI. Esto se debe a que los compuestos de fármacos tradicionales son demasiado pequeños para cubrir y unirse a las superficies de las proteínas involucradas. Las biomoléculas más grandes, como otras proteínas o péptidos, serían una solución ideal si no fuera por sus pobres propiedades farmacocinéticas [ 3 ].

A pesar de estos obstáculos, es crucial explorar los IBP como nuevos objetivos debido a que hay un mayor número de ellos que los objetivos de una sola proteína [ 5 ]. En teoría, cada enfermedad podría ser abordada por inhibidores de PPI y este es un principio especialmente atractivo para enfermedades, como el Alzheimer, que son difíciles de atacar con enfoques convencionales y carecen de enzimas, GPCR o canales iónicos "buenos".

Proyección de alto impacto

Renombrados BioTechniques miembro del Consejo Editorial, Igor Stagljar (profesor de Genética Molecular y Bioquímica en el Centro Donnelly en la Universidad de Toronto, ON, Canadá), está a la vanguardia de la investigación y el desarrollo tecnológico PPI [ 6 ].

Stagljar dirige importantes proyectos de proteómica para mapear cómo las proteínas de membrana interactúan entre sí y para identificar nuevos objetivos terapéuticos de PPI. Ha liderado el desarrollo de numerosas tecnologías que han revolucionado la investigación de cómo interactúan las proteínas de membrana, incluida la levadura de membrana de dos híbridos (MYTH) y la membrana de mamíferos de dos híbridos (MaMTH).

Más recientemente, el laboratorio de Stagljar ha desarrollado aún más la tecnología MaMTH en una plataforma de detección de fármacos (MaMTH-DS) para ayudar en el desarrollo de terapias dirigidas a los IBP de membrana [ 7 ], así como la tecnología de ligadura de proteínas mediada por inteína dividida (SIMPL) para mejorar el desarrollo de terapias contra los IBP solubles [ 8 ]. Ambas plataformas de detección son enfoques basados ​​en células vivas, desarrollados para abordar las limitaciones de los métodos de detección actuales.

El enfoque SIMPL implica la fusión de proteínas de cebo y presa con fragmentos inteína N-terminal y C-terminal, respectivamente, derivados de una inteína GP41-1 dividida rediseñada. Cuando las proteínas del cebo y la presa se asocian, la inteína se reconstruye, empalmando los péptidos del cebo y la presa en una sola proteína que luego puede detectarse mediante western blot y ELISA. Con el desarrollo adicional de una plataforma SIMPL ELISA, esto permite la detección de PPI y la identificación de inhibidores de alto rendimiento.

El método MaMTH-DS se ha desarrollado para la identificación de alto rendimiento de moléculas pequeñas que se dirigen a los IBP funcionales de los receptores tirosina quinasas (RTK), receptores transmembrana con funciones patológicas clave. Los agentes terapéuticos dirigidos a RTK se identifican habitualmente mediante ensayos de quinasas in vitro; sin embargo, ha existido la necesidad de diversificar los métodos de cribado para identificar inhibidores más novedosos para las RTK mutadas que surgen como resultado de la resistencia a los fármacos. Por lo tanto, la plataforma MaMTH-DS se puede utilizar junto con los enfoques tradicionales de detección de drogas.

La historia de éxito

Todavía queda un largo camino por recorrer para explorar el potencial de los IBP en el desarrollo de fármacos. Los métodos de detección novedosos como el de Stagljar jugarán un papel clave en cómo se desarrolla el futuro de esto. Sin embargo, ya ha habido una historia de éxito. En 2016, venetoclax se convirtió en el primer inhibidor de IBP aprobado por la FDA para su uso en el tratamiento de pacientes con leucemia linfocítica crónica [ 9 ].

Venetoclax es un inhibidor de molécula pequeña que se dirige a la interacción entre la proteína BCL-2 y proteínas proapoptóticas, como BAK y BAX. En las células tumorales que están "preparadas para la muerte", los niveles elevados de la proteína BCL-2 (una proteína anti-apoptótica) se unen a las proteínas proapoptóticas, evitando que las células experimenten apoptosis, como se demuestra en la Figura 2 . Cuando venetoclax interrumpe este mecanismo y se une a BCL-2, puede inducirse la apoptosis.

Figura 2. Mecanismo de acción de Venetoclax.

Reproducido con permiso de [ 9 ].

Actualmente existen terapias adicionales dirigidas a IBP en etapas de ensayos clínicos y preclínicos, incluidas dos identificadas por la tecnología MaMTH-DS de Stagljar para pacientes con cáncer de pulmón que se han vuelto resistentes a las terapias actuales, una de las cuales se espera que ingrese en ensayos clínicos a fines de 2020 [ 7 ]. Gilteritinib y midostaurina ya están aprobados para su uso en pacientes con leucemia mieloide aguda, por lo que el equipo solo necesita demostrar su eficacia en pacientes con cáncer de pulmón para convertirlos en una nueva opción de tratamiento viable.

Determinando la nueva normalidad

La investigación del cáncer se está desarrollando y luchando continuamente por nuevos tratamientos en un esfuerzo por aumentar las tasas de éxito de los pacientes y controlar los cánceres. Pero, ¿qué otros campos podrían beneficiarse de la orientación de los IBP para un desarrollo terapéutico novedoso? Ha habido un trabajo reciente en el campo de las enfermedades infecciosas con un mayor conocimiento y caracterización de los IBP entre el huésped y el patógeno.

Específicamente, en relación con la malaria, ha habido un progreso increíble en la reducción de la carga mundial de malaria con métodos de prevención mejorados y tasas de transmisión reducidas. Sin embargo, las nuevas amenazas incluyen la resistencia a los medicamentos y la ineficacia de las vacunas.

Para manejarlos, se buscan nuevos objetivos para el desarrollo de fármacos y vacunas, por lo que con una mayor comprensión del interactoma del paludismo huésped-patógeno surge la posibilidad de nuevos objetivos y tratamientos, que actualmente están bajo investigación [ 10 ].

Otra enfermedad infecciosa cuyos IBP están bajo investigación para nuevas dianas terapéuticas es el SARS-CoV-2, el virus responsable de la pandemia mundial COVID-19. En abril de 2020, un equipo de investigadores publicó un artículo en Nature que detalla cómo clonaron, etiquetaron y expresaron 26 de las 29 proteínas del SARS-CoV-2 que están presentes en las células humanas e identificaron las proteínas humanas que se asocian físicamente con cada uno de los SARS. -Proteínas CoV-2 con el objetivo de revelar objetivos para la reutilización de fármacos [ 11 ].

Identificaron 332 PPI entre las proteínas del huésped y las del patógeno y 66 proteínas humanas susceptibles de ser farmacológicas a las que se dirigen 69 compuestos. Cuando examinaron un subconjunto de los compuestos, descubrieron que dos conjuntos mostraban actividad antiviral. Creen que después de más estudios y en combinación con medicamentos que se dirigen directamente a las enzimas virales, se podría descubrir un régimen de tratamiento terapéutico para la infección por COVID-19 mediante la identificación de inhibidores de PPI.

Existe una gran promesa para los IBP como objetivos en el descubrimiento de fármacos. Con capacidades de detección mejoradas, identificación de PPI y elucidación del mecanismo, se produce una mayor identificación de nuevos compuestos terapéuticos. Existe la esperanza de que la utilización de los PPI de esta manera se convierta en un "nuevo paso normal" en el descubrimiento de fármacos, haciendo que los "no drogables", "drogables".

Tomado de envio de biotechniques