Repasan las Funciones y las Repercusiones de la Proteína Quinasa CK2 y su Potencial Utilidad Farmacológica

• AUTOR : Cozza G, Bortolato A, Moro S
• TITULO ORIGINAL : How Druggable Is Protein Kinase CK2?
• CITA : Medicinal Research Reviews 30(3):419-462, May 2010
• MICRO : La proteína quinasa CK2 es una enzima con múltiples funciones que puede considerarse como un potencial objetivo terapéutico, por lo cual las estrategias para la inhibición de esta enzima están en investigación en estudios preclínicos y clínicos.

Introducción

La proteína quinasa CK2 (PK-CK2), conocida con anterioridad como caseína quinasa 2, es una quinasa constitutiva, pleiotrópica y ubicua, cuya función es la fosforilación de numerosos residuos de serina y treonina. La PK-CK2 cataliza este proceso en más de 300 sustratos con múltiples residuos ácidos, por lo cual se la considera una enzima fundamental en distintos procesos fisiológicos y patológicos.

Sin embargo, se discute si la PK-CK2 constituye un objetivo de tratamiento farmacológico potencial, debido a su gran cantidad de actividades diferentes.

Biología estructural

La PK-CK2 es un tetrámero estable, integrado por 2 subunidades catalíticas, las isoformas alfa o alfa prima, con una homología estructural del 75% (hasta el 86% si se considera el extremo N-terminal) y otras 2 subunidades reguladoras, denominadas beta.

Si bien no se reconocen funciones diferentes para ambas isoformas de la subunidad alfa, se postula que la variante alfa prima interviene en la proliferación celular y en la espermatogénesis. Estas subunidades catalíticas se relacionan con otras quinasas del grupo CMGC, aunque ambas cadenas de aminoácidos se diferencian de otras enzimas por la mayor proporción de residuos básicos próximos al sitio de reconocimiento del sustrato. Esta conformación elimina un sitio putativo de fosforilación con fines inhibitorios, lo que parece explicar la característica constitutiva de la PK-CK2. Asimismo, estas subunidades catalíticas incluyen un menor contenido de glicina que las restantes quinasas del grupo CMGC. Se destaca que las subunidades alfa parecen conservarse de forma similar en todos los organismos eucariontes. A diferencia de otras proteínas quinasas, las unidades catalíticas de la PK-CK2 pueden emplear como donante de grupos fosfatos tanto al adenosín trifosfato (ATP) como al guanidín trifosfato (GTP) debido a su morfología estructural.

En relación con las subunidades beta, también se describen en todos los organismos eucariontes. Los datos obtenidos por cristalografía han permitido reconocer que el extremo N-terminal contiene una región ácida vinculada con la regulación negativa de la actividad de la PK-CK2, mientras que el extremo C-terminal se relaciona con la asociación y la regulación positiva de las subunidades alfa, así como con la conformación de dímeros de las subunidades beta. En estas unidades reguladoras se describe la existencia de 4 residuos de cisteína que se unen con un átomo de zinc, el cual se asocia con una conformación proteica de tipo beta plegada.

En la enzima en su forma completa se verifica que las subunidades reguladoras forman un dímero estable que une a ambas subunidades catalíticas, las cuales no tienen contacto directo entre sí. La unión entre las componentes se fundamenta en la interacción electrostática entre diversos iones. Este tetrámero brinda estabilidad funcional, ya que la acción catalítica de la subunidad alfa aislada es menor que la de la enzima completa. Se menciona que la autofosforilación del extremo N-terminal de las subunidades beta no parece formar parte de los mecanismos de regulación de la actividad enzimática, aunque se la ha vinculado con la estabilidad estructural del complejo.

Repercusiones fisiopatológicas

La PK-CK2 forma parte de numerosos procesos relacionados con la supervivencia y el crecimiento de las células sanas y dañadas. Se ha descrito su participación en la síntesis de ácidos nucleicos, en la apoptosis, en la transformación celular y en la protección celular contra factores estresantes. Asimismo, se reconoce que la PK-CK2 podría actuar en la estabilización del desplegado de las hélices proteicas. En este contexto, se observa que la fosforilación secundaria a la actividad de la enzima se relaciona con la modificación de la estructura de moléculas como la calmodulina o la transcriptasa inversa del virus de la inmunodeficiencia humana (VIH). Los autores destacan que en muchas enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer) hay un incremento en la actividad de la PK-CK2 involucrada en la fosforilación de proteínas como alfa-sinucleína y proteína tau, ambas relacionadas con la progresión de estas enfermedades. Se especula que el desplegado inducido por la fosforilación podría incrementar la probabilidad de aparición de agregados de estas sustancias. Asimismo, se ha postulado que las subunidades beta de la PK-CK2 integran los procesos patogénicos de la enfermedad de Parkinson.

Por otra parte, una proporción relevante de las proteínas vinculadas con la respuesta inflamatoria son reguladas por la interacción con la PK-CK2. Se describe una mayor expresión de esta proteína quinasa en presencia de glomerulonefritis y en modelos experimentales de encefalomielitis autoinmune. Además, la PK-CK2 parece relacionarse con diferentes procesos vasculares (aterosclerosis, hipoxia), musculares, infecciosos (virus del papiloma humano, virus de Epstein-Barr, VIH, diversas parasitosis), neoplásicos (leucemia linfoblástica aguda, tumores sólidos) e incluso afecciones congénitas como la fibrosis quística.

Aplicaciones farmacológicas

Se ha propuesto la elaboración racional de inhibidores de la PK-CK2 sobre la base de su estructura molecular. Entre estas técnicas, se hace hincapié en el acoplamiento molecular dirigido por ordenador, el cual permite detectar la configuración de un potencial inhibidor con la menor energía posible para su inserción en el sitio activo de la enzima. Una de las opciones consiste en el uso de antagonistas del sitio de unión de la PK-CK2 con el ATP, que constituye una región de la molécula de características hidrófobas y estructura aromática. Se requiere en consecuencia de moléculas pequeñas que incluyan aminoácidos no polares.
Otra alternativa está representada por el diseño de inhibidores selectivos de la PK-CK2. Las moléculas más promisorias son un derivado del benzoimizol (K66) y un compuesto semisintético (la resorufina), el cual se asocia con un mayor nivel de selectividad por la PK-CK2 en comparación con otras proteínas quinasas. La utilización de inhibidores menos selectivos se vincula con efectos antagonistas de otras quinasas, con la posibilidad de inducir toxicidad y reacciones adversas sobre otras funciones fisiológicas. Con el fin de optimizar la selectividad de los inhibidores de la PK-CK2, se propone incrementar la interacción con los aminoácidos hidrófobos del sitio de unión con el ATP, con énfasis en los residuos de isoleucina presentes en las posiciones 66 y 174.

Los expertos advierten que la actividad anormal de la PK-CK2 podría desencadenar la desrregulación de numerosos procesos fisiológicos controlados por la acción de esta enzima. La consecuencia de estas alteraciones consiste en una mayor predisposición a diferentes enfermedades, entre las cuales se destacan las afecciones virales y neoplásicas. Las familias de probables inhibidores de la PK-CK2 elaborados a partir de la década de 1980 incluyen a los benzoimidazoles (su mecanismo de acción consiste en la interacción con las fuerzas hidrófobas y de van der Walls), los derivados del ácido carboxílico (quinazolinas, pirazinas), las antraquinonas (incluidas las xantenonas, las fluorenonas y la emodina), los derivados naturales (las cumarinas y los flavonoides como la quercetina, la apigenina y la fisetina), las pirazolotriazinas y los antagonistas competitivos o no competitivos del ATP.

El compuesto CX-4945 constituye el único inhibidor de la PK-CK2 en evaluación clínica. Esta molécula es un antagonista selectivo de la enzima, que en estudios preclínicos se ha vinculado con efectos antiproliferativos en diferentes líneas celulares oncológicas, así como con acciones antiangiogénicas. Este medicamento se encuentra en la actualidad en estudio en un ensayo clínico de fase I en el cual participan sujetos con tumores sólidos en estadio avanzado, mieloma múltiple o enfermedad de Castleman.

Discusión y conclusiones

La evaluación de los riesgos y los beneficios representa el punto de partida para la creación de nuevos fármacos, con especial hincapié en las moléculas dirigidas al tratamiento de enfermedades graves o potencialmente mortales. Sobre la base de estos conceptos, el diseño de los nuevos medicamentos oncológicos se ha modificado, con la actual elaboración de ligandos que pueden interactuar en forma simultánea sobre múltiples blancos. Se estima que estas estrategias podrían reducir la aparición de resistencia tumoral y lograr una terapia más eficaz de la enfermedad.

La gran cantidad de procesos fisiológicos controlados por la PK-CK2 parecen desalentar su elección como un objetivo de investigación farmacológica. Sin embargo, los autores destacan que es posible diseñar pequeñas moléculas orgánicas con efectos inhibitorios precisos sobre la PK-CK2 y otras proteínas quinasas. Algunos de estos compuestos parecen asociarse con un menor crecimiento de las células neoplásicas al modificar el ciclo celular en forma dependiente del tiempo y de la dosis en modelos de laboratorio. Asimismo, se especula que el índice terapéutico de estos medicamentos no es menor que el de otros inhibidores de las proteínas quinasas que se encuentran en uso clínico. De la misma manera, estas moléculas se asociarían con un mayor nivel de cumplimiento terapéutico que la radioterapia o la quimioterapia convencionales.

Así, la PK-CK2 puede considerarse como un objetivo terapéutico potencial, por lo cual las estrategias para la inhibición de esta enzima están en investigación en estudios preclínicos y clínicos.

Especialidad: Bibliografía - Farmacología