La Evaluación de la Sensibilidad de las Moléculas Blanco de Interés para los Fármacos Puede Resultar Eficaz en el Descubrimiento de Sustancias Terapéuticas

• AUTOR : Fauman EB, Rai BK, Huang ES
• TITULO ORIGINAL : Structure-based Druggability Assessment – Identifying Suitable Targets for Small Molecule Therapeutics
• CITA : Current Opinion in Chemical Biology 15(4):463-468, Ago 2011
• MICRO : El artículo describe los métodos con los cuales se estudia la sensibilidad de diferentes sitios proteicos de interés para las moléculas pequeñas, con el objeto de modular su actividad, en la exploración de nuevas alternativas terapéuticas.

 

La «drogabilidad» se refiere a la posibilidad de que un objetivo en particular pueda ser modulado en su función mediante la interacción con un agente terapéutico. La evaluación de la drogabilidad puede reducir el tiempo de descubrimiento de nuevos fármacos y permitir centrar los esfuerzos en aquellos sitios con mayor probabilidad de ser sensibles a una intervención terapéutica. En los últimos años se han informado múltiples métodos de evaluación de drogabilidad. Actualmente, estas evaluaciones se aplican aun a nivel del genoma completo, tanto para genes humanos como de patógenos.

Para entender qué hace que un blanco sea sensible a fármacos, se debe entender qué hace que un compuesto sea un fármaco. Se ha observado que la mayoría de las sustancias que llegan a probarse en ensayos clínicos de fase II comparten ciertos parámetros fisicoquímicos relacionados con su tamaño y su lipofilia, conocidos como la «regla de los 5». Según esta regla, la absorción y la permeabilidad son menos probables cuando existen más de 5 H disponibles para formar uniones (la suma de los grupos OH y NH), el peso molecular es mayor a 500, el coeficiente de partición octanol-agua es mayor a 5 y existen más de 10 sitios que aceptan uniones con H (la suma de N y O). Una vez en el sitio de acción, la mayoría de los agentes interactúa con el o los blancos moleculares. Este es un punto para destacar: la mayoría de las sustancias se unen a sitios de acción biológica «predefinidos», lo que sugiere que, para que un compuesto sea biológicamente activo, debería ser similar a algún ligando endógeno. Sin embargo, la mayoría de los ligandos endógenos no son semejantes a las sustancias y muy pocos cumplen la regla de los 5. Las catecolaminas, los prostanoides y las aminas cuaternarias generalmente sí la cumplen. En el otro extremo, los glucolípidos, los esfingolípidos, los fosfolípidos y los glicerolípidos poseen parámetros fisicoquímicos que se encuentran por fuera de los límites de esta regla. Y menos de un tercio de las 6000 proteínas registradas en la Human Metabolome Database poseen ligandos que cumplen con la regla de los 5.

La precedencia de un sustrato, producto o efector alostérico que cumple con esta regla, puede significar que el sitio estudiado puede ser un objetivo para los fármacos. La ausencia de ligandos que cumplen la regla no necesariamente significa que el sitio no puede cumplir esta función. Por ejemplo, los sustratos de las proteinquinasas son proteínas, de gran peso molecular, y ATP, una molécula muy polar. Sin embargo, el imatinib es un inhibidor de la tirosinquinasa de la línea BCR-ABL con excelente biodisponibilidad oral, que se une a la porción que reconoce la adenosina del ATP. Debido a esto, si bien se puede realizar una evaluación cualitativa de la drogabilidad de un blanco al entender su función y conocer sus ligandos endógenos, una evaluación más precisa requiere un examen de la estructura y las propiedades del sitio de unión.

Los métodos de aproximación basados en la estructura del blanco utilizan, en general, tres componentes: un método para identificar los sitios potenciales de unión, una función de discriminación basada en las propiedades fisicoquímicas del sitio y un grupo de blancos de referencia separados según resultados conocidos (por ejemplo: grados de dificultad y drogabilidad).

Los métodos de aproximación basados en la estructura pueden tomar en cuenta únicamente la geometría o incluir consideraciones fisicoquímicas. Los algoritmos basados en la geometría operan con grillas 3D, aproximaciones que emplean esferas para llenar espacios y definir cavidades y superficies y técnicas de geometría por computadora. Los métodos que incorporan las propiedades fisicoquímicas identifican zonas en la superficie que pueden interactuar con los ligandos de manera favorable.

Muchos de estos métodos han sido publicados y validados con grupos de referencia de blancos, cuyas propiedades son conocidas. Estos métodos proveen la posibilidad de evaluar la utilidad del blanco de manera cuantitativa, y en ellos se aplican técnicas tan variadas como las de modelado biofísico, regresión linear y de máquinas de vectores de soporte. Al utilizar modelos de regresión linear aplicada a parámetros geométricos y fisicoquímicos, se puede identificar la mayoría de los sitios con capacidad de unirse a compuestos semejantes a fármacos, según un estudio que identificó 33 de un total de 35 sitios ya conocidos y utilizados para probar el método.

Otro estudio de importancia utilizó aprendizaje automático para entrenar un clasificador para identificar sitios en las proteínas. Se utilizaron 99 proteínas en las que se registraron las cavidades que se unían a sustancias y aquellas que no lo hacían. Este modelo fue capaz de identificar los sitios de unión a agentes con un error del 7.8%. Un modelo simple, que sólo tiene en cuenta dos características de los sitios de unión posibles (la curvatura del sitio de unión y el área lipofílica), se utiliza para calcular un índice (la afinidad máxima predecible para fármacos de absorción pasiva [MAPPOD]) y evaluar cuantitativamente la drogabilidad de esos sitios. Estos luego son clasificados en «drogables», «difíciles» y «no drogables».

Otro índice utilizado es el Dscore, con el que se clasifican los sitios posibles de manera similar. Utilizando los grupos de datos de los estudios mencionados y sumando datos nuevos provenientes del Protein Data Bank, se ha desarrollado una plataforma de colaboración abierta (fpocket) que ha llegado a descubrir que las interacciones polares, en el contexto apropiado, desempeñan un papel importante en la afinidad de la unión, la especificidad y la actividad biológica de las sustancias. Otro índice, el DLID, utiliza una ecuación lineal y sus resultados correlacionan muy bien con los anteriores.

Los índices mencionados sólo toman en cuenta las propiedades de las proteínas. Una aproximación alternativa es utilizar cálculos energéticos de la unión proteína-ligando mediante procedimientos de anclaje o simulación molecular. El CS-Map, basado en técnicas de mapeo experimental de solventes, ha resultado útil en la identificación de «zonas calientes». Las simulaciones de dinámica molecular con isopropilalcohol como sonda y una proteína blanco se utilizaron en otro estudio para estimar la afinidad máxima de una molécula semejante a un fármaco. Pese a ser técnicas costosas, éstas poseen la ventaja de ser independientes de un grupo de datos ya conocidos, lo que puede extender potencialmente su eficacia a blancos de agentes todavía no explorados.

Las proteínas poseen una estructura dinámica y la evaluación de la drogabilidad puede no tener este factor en cuenta. Las estructuras cristalinas diferentes del mismo blanco pueden mostrar una gran variabilidad en los índices de drogabilidad. Existe la alternativa, aun cuando es costosa, de calcular las diferentes estructuras mediante una trayectoria de dinámica molecular. Así se han descubierto ciertas conformaciones con alta probabilidad de ser susceptibles a sustancias de proteínas que, en la evaluación de la estructura estática, habían arrojado resultados negativos.

No toda proteína de interés puede ser blanco de un fármaco para administración oral. La evaluación de la drogabilidad puede resultar un método adecuado en la selección de blancos potenciales. Empujada, en parte, por la explosión de datos de la cristalografía de proteínas disponibles, esta evaluación es en la actualidad un componente común de esta selección. Por el momento, concluye los autores, se utilizan moléculas pequeñas, pero el próximo paso será utilizar métodos similares para evaluar la drogabilidad por anticuerpos, péptidos y otras moléculas biológicas. Esto facilitará la identificación de la modalidad terapéutica más apropiada.

Especialidad: Bibliografía - Farmacología