Quimioinformática, modelado molecular y síntesis de lignanos tipo podofilotoxina y su evaluación en trofozoítos de Giardia lamblia, como agentes desestabilizadores de la dinámica de los microtúbulos

Abstract

El descubrimiento y desarrollo de fármacos es un proceso largo y extremadamente desafiante, debido a los altos costos y los riesgos asociados, por esta razón se han empleado enfoques como el diseño racional de fármacos que contribuyan al aumento de las posibilidades de éxitos y a un decrecimiento de los costos. Una de las herramientas más útiles en este enfoque, es el diseño de fármacos asistido por computadora, como la quimioinformática y el modelado molecular, los cuales, han demostrado su eficacia en el entendimiento de las relaciones estructura-actividad, diseño y desarrollo de fármacos con gran éxito. Además, este tipo de estudios se desarrollan en menor tiempo y con menos costo. El principal motivo para iniciar un programa de descubrimiento de fármacos es la existencia de una enfermedad inadecuadamente atendida por las terapias existentes. En 2019 la organización mundial de la salud enlisto los 10 retos en salud más importantes a los que se enfrenta el mundo, uno de los cuales es la resistencia antimicrobiana, donde destacan las enfermedades gastrointestinales, entre ellas las causadas por parásitos, como la giardiasis, la cual, constituye uno de los problemas más importantes de salud pública a nivel mundial, provocando cerca de 280 millones de casos cada año. La falla en los tratamientos y la existencia de cepas resistentes provoca que sea de vital importancia la búsqueda de nuevas alternativas más eficientes e inocuas contra esta parasitosis. En nuestro grupo de investigación demostramos que los lignanos tipo podofilotoxina 5-desmetoxi-β-peltatin-α-metileter, acetilpodofilotoxina y podofilotoxina, presentan actividad citotóxica contra los trofozoítos de G. lamblia, resultando sólo acetilpodofilotoxina selectiva contra el parásito, sin embargo, dicha selectividad es baja en comparación con fármacos comúnmente utilizados en el tratamiento de la giardiasis, además, aún son pocos los lignanos que se han estudiado en Giardia, por lo que, el entendimiento de la relación estructura actividad en estos es aún muy limitada. En este trabajo se utilizó un enfoque de diseño racional de fármacos asistido por computadora con la finalidad de obtener lignanos tipo podofilotoxina con mayor selectividad y afinidad teórica por tubulina de Giardia, nuestros resultados demostraron que, mediante herramientas de modelado molecular como modelado por homología de proteínas y acoplamiento molecular, se identificó el sitio de unión de los lignanos a tubulina de Giardia con alta precisión, el cual presenta ligeras diferencias con el sitio de unión de mamífero. En conjunto los datos de acoplamiento con Autodock vina y los valores de IC50 obtenidos experimentalmente permitió la construcción de un modelo predictivo de actividad, el cual puede ser equiparable con los construidos con 3D-QSAR de tipo CoMFA, esto nos permitiría conocer con relativa fiabilidad, el valor de IC50 de un lignano tipo podofilotoxina sin necesidad de evaluarlo biológicamente. Por otro lado, la comparación de datos experimentales y teóricos de Leishmania y mamífero de lignanos tipo podofilotoxina, con herramientas quimioinformáticas como mapas SAS y DAD permitió predecir con cierto grado de precisión la relación estructura actividad de los lignanos tipo podofilotoxina, mostrando una similitud en la información brindada entre ambos datos, con lo anterior fue posible la creación de mapas SAS y DAD teóricos para Giardia, resultando que lignanos con sustituyentes en C7 como acetilo, isobutilo, isobuteno y acetiloxima, con epimerización de C7 del anillo C y la γ-lactona del anillo D en posicion Cis mejoran la afinidad y selectividad de los lignanos tipo podofilotoxina a tubulina de Giardia. Finalmente, mediante la predicción teórica de las propiedades ADMET se descartaron aquellas moléculas con una probable toxicidad y una mala biodisponibilidad, lo que permitió proponer, sintetizar y caracterizar, acetilpodofilotoxina, epiacetilpodofilotoxina y picropodofilotoxina como lignanos tipo podofilotoxina con alta afinidad y selectividad para tubulina de Giardia