Nuevo método de medicamentos apunta a proteínas que causan enfermedades

La degradación selectiva de proteínas es un método nuevo que se está usando para desarrollar medicamentos. Funciona utilizando moléculas pequeñas que pueden encontrar y unirse a proteínas específicas en el cuerpo. Esta acción ayuda a los procesos naturales del cuerpo a descomponer estas proteínas. A diferencia de los medicamentos tradicionales que solo evitan que las proteínas funcionen, los degradadores de proteínas selectivos pueden eliminar las proteínas por completo. Esta habilidad única les permite tratar enfermedades de manera más efectiva, incluidas aquellas causadas por proteínas que se pensaban imposibles de atacar con los medicamentos existentes.

Actualmente, hay dos sistemas principales en el cuerpo que los degradadores de proteínas selectivos utilizan para eliminar proteínas. Estos se llaman el sistema ubiquitina-proteasoma y la vía de degradación lisosomal. Los investigadores se están enfocando en diferentes estrategias, incluyendo una tecnología llamada quimeras que dirigen la proteólisis (PROTACs). Este método ha sido el más estudiado y ha mostrado éxito en la descomposición de más de 100 proteínas diferentes, algunas de las cuales se pensaban imposibles de atacar.

#¿Qué son los PROTACs?

Los PROTACs son moléculas únicas hechas de dos partes conectadas por una cadena. Una parte se engancha a la proteína objetivo, mientras que la otra parte se conecta a una ligasa E3 de ubiquitina, un tipo de enzima que ayuda a etiquetar proteínas para su degradación. Al unirse a la proteína objetivo y a la ligasa E3 al mismo tiempo, los PROTACs permiten que la proteína objetivo sea marcada y eventualmente destruida por el proteasoma, un sistema de eliminación de desechos celular.

A pesar del descubrimiento de más de 600 ligasas E3 en el cuerpo humano, solo un pequeño número de ellas han sido utilizadas efectivamente por los PROTACs. Las más comunes incluyen CRBN y VHL. Los investigadores están buscando formas de usar más de estas ligasas E3 para ampliar el rango de proteínas que se pueden atacar para su degradación.

#Oxindoles Alquenilos y su Papel

Los oxindoles alquenilos son compuestos que han mostrado muchos efectos beneficiosos en el cuerpo y ahora se están estudiando por su potencial en el desarrollo de medicamentos. Algunos de estos compuestos ya se han convertido en medicamentos para el cáncer, como el sunitinib. Recientemente, los investigadores encontraron que dos tipos de oxindoles alquenilos pueden conectar una proteína mal plegada (mHTT) con otra proteína (LC3). Esta conexión llevó a la descomposición de mHTT a través de un proceso celular que utiliza lisosomas.

Animados por estos hallazgos, los investigadores decidieron ver si podían modificar los oxindoles alquenilos para degradar otras proteínas. Al crear nuevos compuestos que enlazaran oxindoles alquenilos con un medicamento conocido (JQ1), pudieron identificar un nuevo compuesto (HL435) que degradaba efectivamente una proteína llamada BRD4, que juega un papel en varios cánceres.

#Mecanismo de Acción de HL435

Cuando los científicos examinaron más de cerca cómo funciona HL435, encontraron que en realidad elimina BRD4 usando el sistema ubiquitina-proteasoma en lugar de la vía lisosomal. Esto llevó a la hipótesis de que los oxindoles alquenilos podrían actuar como nuevos ligandos para las ligasas E3. Para probar esto, los investigadores utilizaron una técnica llamada interferencia CRISPR para identificar qué ligasa E3 está involucrada en la degradación de BRD4 por HL435.

Los resultados revelaron que un complejo específico de ligasa E3 conocido como CRL4DCAF11 es responsable de la degradación de BRD4 inducida por HL435. Este complejo se sabía previamente que facilita la descomposición de proteínas etiquetadas para degradación, pero este estudio mostró su papel en la degradación selectiva de proteínas con compuestos novedosos.

#Desarrollo de Nuevos Compuestos

Para entender mejor cómo funcionan estos compuestos, los investigadores desarrollaron una serie de moléculas bifuncionales al unir diferentes oxindoles alquenilos con JQ1. Probaron estos compuestos por su capacidad para degradar BRD4. Los intentos iniciales con conexiones simples no dieron resultados efectivos, pero cambiar a un tipo diferente de enlazador químico llevó a mejores resultados de degradación.

Más pruebas mostraron que modificar la parte de oxindole alquenilo de estos compuestos con ciertos grupos químicos mejoró significativamente su efectividad. El compuesto final, HL435, demostró una eficacia sobresaliente al degradar BRD4 a concentraciones muy bajas.

#Evaluación de la Efectividad de HL435

HL435 fue evaluado por su capacidad para disminuir BRD4 en diferentes líneas celulares de cáncer. Los experimentos mostraron que HL435 podría reducir eficazmente los niveles de BRD4, con más del 99% de la proteína degradada a concentraciones específicas. El tiempo para la degradación también fue rápido, ocurriendo en solo una hora de tratamiento.

En las pruebas, HL435 mostró resultados consistentes en varios tipos de células cancerosas, reforzando su potencial como un agente terapéutico fuerte. Aunque la efectividad varió ligeramente entre tipos celulares, HL435 aún logró tasas de degradación notables en todos los casos.

#Mecanismos Detrás de la Depleción de BRD4

Para validar más cómo funciona HL435, los investigadores exploraron si afectaba a BRD4 a nivel genético. Descubrieron que HL435 no impactaba la producción de ARNm de BRD4, indicando que su acción se centraba únicamente en degradar proteínas existentes sin afectar la expresión génica.

Además, experimentos con inhibidores conocidos por bloquear diferentes vías celulares demostraron que la acción de HL435 no involucraba la ruta de degradación lisosomal. En su lugar, el uso de inhibidores del proteasoma confirmó que HL435 depende del sistema ubiquitina-proteasoma para eliminar BRD4.

#Descubrimiento de Ligases E3 Clave

La pantalla de interferencia CRISPR permitió a los investigadores identificar los componentes clave requeridos para la actividad de degradación de HL435. Identificaron el complejo CRL4DCAF11 como esencial para dirigir BRD4 a su degradación. Al eliminar componentes individuales de este complejo, los investigadores confirmaron que cada uno juega un papel vital en el proceso de descomposición.

Además, los experimentos mostraron que HL435 podía crear un complejo con BRD4 y DCAF11, indicando una interacción directa que es crucial para su degradación.

#Inhibición del Crecimiento de Células Tumorales

La investigación continuó para explorar cómo HL435 afecta a las células cancerosas más allá de solo degradar BRD4. Se probó la capacidad del compuesto para prevenir el crecimiento de células cancerosas y hacer que estas experimenten muerte celular (apoptosis). Los resultados mostraron que HL435 era particularmente efectivo, superando a JQ1 tanto en bloquear el crecimiento de células tumorales como en inducir apoptosis.

La efectividad de HL435 en inducir apoptosis fue más de 20 veces más fuerte que JQ1, ilustrando su potencial como una opción de tratamiento más efectiva para el cáncer. También impactó en proteínas involucradas en el ciclo celular, promoviendo una detención en la división celular.

#Pruebas In Vivo de HL435

Para ver si HL435 podría funcionar en organismos vivos, los investigadores lo probaron en ratones con tumores. Los ratones que recibieron HL435 mostraron una desaceleración significativa en el crecimiento del tumor en comparación con los que recibieron una solución vehículo. Después del tratamiento, los tumores en el grupo de HL435 eran mucho más pequeños, confirmando su efectividad como agente anti-tumoral.

A lo largo del período de prueba, los ratones toleraron bien HL435 sin efectos secundarios aparentes, lo que sugiere que podría ser un candidato prometedor para un desarrollo adicional en terapias contra el cáncer.

#Conclusión

Los hallazgos indican que los oxindoles alquenilos pueden servir como una nueva forma de lograr la degradación selectiva de proteínas a través de la reclutación de ligasas E3. El desarrollo exitoso de HL435 muestra cómo las modificaciones pueden llevar a compuestos que no solo degradan proteínas específicas, sino que también tienen fuertes efectos anticancerígenos.

Al expandir la caja de herramientas de ligasas E3 disponibles para el desarrollo de medicamentos, más proteínas pueden potencialmente ser atacadas, lo que abre nuevas vías para tratar diversas enfermedades. El estudio no solo destaca la efectividad de HL435 como una nueva opción terapéutica para el cáncer, sino que también enfatiza la importancia de continuar investigando en el campo de la degradación selectiva de proteínas.

Este enfoque podría llevar al descubrimiento de nuevos tratamientos que sean más efectivos que los métodos actuales, particularmente para proteínas que alguna vez se pensaron "indeseables para medicamentos". A medida que se realicen más investigaciones, hay esperanza de mejores resultados y opciones de medicamentos para los pacientes que enfrentan enfermedades desafiantes como el cáncer.