Una investigación ayuda a comprender el rol de las proteínas implicadas en el cáncer

En un estudio colaborativo realizado en el ámbito del Structural Genomics Consortium, científicos brasileños desarrollan moléculas sintéticas para inhibir a las cinasas VRK1 y VRK2 y validarlas como dianas terapéuticas

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Las proteínas VRK1 y VRK2 participan en la regulación de la división celular y constituyen blancos potenciales para el tratamiento de algunos tipos de cáncer, entre ellos los de próstata, de ovarios y de intestinos.

Con el objetivo de entender mejor el rol de estas proteínas en las células humanas –en contextos con y sin la enfermedad–, científicos brasileños trabajan en el desarrollo de pequeñas moléculas sintéticas capaces de modular su actividad en modelos de estudio. Resultados recientes de este trabajo se dieron a conocer en la revista Scientific Reports, perteneciente al grupo Springer Nature.

“Datos existentes en la literatura científica indican que la VRK1 y la VRK2 se hallan presentes en cantidades más elevadas en las células malignas que en las normales, pero se desconoce todavía su función precisa”, dijo Rafael Couñago, investigador de la Universidad de Campinas (Unicamp), en Brasil, y primer autor del artículo.

Esta investigación es el resultado de la colaboración entre el Centro de Biología Química de Proteínas Cinasas (SGC-Unicamp) y Aché Laboratórios Farmacêuticos. Ambas entidades están vinculadas al Structural Genomics Consortium (SGC), una asociación público-privada en cuyo marco trabajan más de 400 científicos de universidades, industrias farmacéuticas y entidades sin fines de lucro de diversos países.

El SGC-Unicamp, que cuenta con el apoyo de la FAPESP y está encabezado por los investigadores Jonathan Elkins, Katlin Massirer, Opher Gileadi y Paulo Arruda, tiene el objetivo de develar la función de proteínas del tipo de las cinasas, encargadas de regular procesos importantes en el organismo, tales como la división, la proliferación y la diferenciación celular. Si bien se las considera blancos prioritarios para el desarrollo de fármacos, se estima que sólo 80 de las alrededor de 500 cinasas identificadas en el genoma humano han sido debidamente estudiadas hasta ahora.

“VRK, por sus siglas en inglés, significa algo así como cinasa relacionada con el Vaccinia virus. Este nombre se debe al hecho de que el primer miembro de ese grupo de proteínas fue identificado en el genoma viral, aunque en el genoma humano existen moléculas simulares”, explicó Couñago.

Según el investigador, trabajos de otros grupos demostraron que cuando el nivel de esas proteínas se reduce artificialmente en laboratorio –mediante el método del ARN interferente, por ejemplo–, el ciclo celular transcurre de manera anómala.

“Nadie conoce a ciencia cierta el rol de las VRKs en el organismo, pero el mismo parece ser importante, pues su sobreexpresión está relacionada con distintos tipos de tumores. Por eso decidimos efectuar la caracterización de la VRK1 y 2, para desarrollar moléculas capaces de inhibir selectivamente la acción de esas cinasas, las llamadas sondas químicas, en el futuro”, dijo.

En el momento en que se obtenga una sonda química con las características deseadas, los investigadores podrán emplear esta herramienta para inhibir la acción de la VRK en modelos de cáncer. “De este modo podremos confirmar si la inhibición de estas proteínas afecta a las células tumorales, y podremos validar a las enzimas como dianas terapéuticas”, afirmó Couñago.

El punto de partida

El trabajo descrito en Scientific Reports empezó con la selección de dos bibliotecas de compuestos inhibidores comercialmente disponibles. La primera, conocida como PKIS (conjunto inhibidor de cinasas publicado, por sus sigla en inglés), fue desarrollada por el grupo del SGC con sede en Carolina del Norte, Estados Unidos.

La segunda biblioteca contiene inhibidores de proteínas cinasas que pasaron por ensayos clínicos y poseen actividad biológica conocida. Cada una cuenta con aproximadamente 400 moléculas inhibidoras de cinasas.

La selección se realizó mediante high-throughput screening (cribado automatizado de alto rendimiento), un tipo de ensayo bioquímico en el cual se dispone a la enzima para que interactúe con centenas de moléculas simultáneamente.

“La idea era barrer ambas bibliotecas en busca de una idea inicial para desarrollar nuestra propia sonda química. Lo interesante es que encontramos pocos inhibidores capaces de unirse a la VRK1 y a la VRK2”, comentó Couñago.

El grupo seleccionó entonces de cada biblioteca a la molécula que reveló tener la mayor capacidad de enlace con las cinasas diana. Los complejos formados por los inhibidores y por las proteínas se cristalizaron entonces a los efectos de que su estructura tridimensional pudiera mapearse mediante cristalografía de rayos X.

“Esta técnica nos suministra la posición espacial de todos los átomos y muestra de que manera la molécula sintética se encaja en el lugar en el cual la proteína debería unirse al ATP [el trifosfato de adenosina, el sustrato de la enzima]. Con esta información, logramos sugerir modificaciones en la estructura del inhibidor para que su acción se vuelva aún más potente y más específica, es decir, para que no interactúe también con otras cinasas existentes en el organismo”, explicó Couñago.

La parte del análisis estructural, el modelado molecular y el diseño de nuevos compuestos se encuentra bajo la responsabilidad de los científicos de Aché, coordinados por Cristiano Guimarães, director del equipo de Innovación Radical. Este equipo cuenta con químicos medicinales, biólogos moleculares y farmacéuticos especializados en el diseño de nuevas moléculas y en el descubrimiento de nuevos fármacos.

“Hemos concluido el diseño y la síntesis de 97 moléculas, que se probaron in vitro contra la cinasa VRK1. Esta parte del trabajo se divulgará en un artículo que saldrá publicado ahora a comienzos de 2018”, dijo Hatylas Azevedo, gerente de Innovación Radical de Aché.

Azevedo explica que, para que una molécula sea considerada como una sonda química, es necesario que su actividad sea igual o inferior a 50 nanomolar. Es decir, debe ser capaz de inhibir al menos el 50% del funcionamiento de la cinasa con una concentración igual o inferior a 50 nanomolar. Por ende, cuanto menor es el IC50 (la concentración que inhibe el 50% de la actividad de la enzima), más potente es el compuesto.

“La mejor molécula hallada en la etapa de cribado, llamada BI-D1870, exhibió un IC50 de 600 nanomolar, pero nuestro equipo ha logrado sintetizar compuestos con IC50 por debajo de 100 nanomolar. Para algunas moléculas que hemos diseñado, esperamos llegar a un IC50 de entre 20 y 30”, dijo Azevedo.

Luego de obtener la molécula con potencia suficiente, el grupo deberá evaluar su selectividad. A tal fin, se realizarán ensayos con el candidato a sonda con otras 320 cinasas aproximadamente. Así se evaluará si existe interacción con alguna de éstas, además de la VRK1.

“Luego deberemos analizar si nuestra molécula también logra inhibir la acción de la VRK1 en el contexto celular, lo cual es más complejo que interactuar únicamente con la proteína in vitro. En ese caso, el IC50 debe ser menor que 1 micromolar. Una vez hecho eso, podremos empezar a probar la sonda química en los modelos experimentales en oncología”, afirmó Azevedo.

Puede leerse el artículo intitulado Structural characterization of human Vaccinia-Related Kinases (VRK) bound to small-molecule inhibitors identifies different P-loop conformations (doi:10.1038/s41598-017-07755-y), de Rafael M. Couñago, Charles K. Allerston, Pavel Savitsky, Hatylas Azevedo, Paulo H. Godoi, Carrow I. Wells, Alessandra Mascarello, Fernando H. de Souza Gama, Katlin B. Massirer, Willian J. Zuercher, Cristiano R. W. Guimarães y Opher Gileadi, en el siguiente enlace: nature.com/articles/s41598-017-07755-y.