Topología molecular aplicada al reconocimiento de sustratos de la Proteína de Resistencia del Cáncer de Mama (BCRP)

• Autores: Gantner, Melisa Edith
• Año de publicación: 2016
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Talevi, Alan
• Materia: Ciencias Exactas; Biología; Prevención de Cáncer de Mama; Proteína de Resistencia del Cáncer de Mama (BCRP/ABCG2); Proteínas; sustratos y no sustratos de la BCRP; transportadores ABC; Genética; epilepsia refractaria; cáncer refractario; filtros ADME in silico; topología molecular; clasificadores lineales y no lineales; función discriminante; método de sustitución mejorado; algoritmos genéticos; algoritmo de inducción de árboles de decisión J48; fusión de datos; cribado virtual; modelo ex vivo de saco intestinal evertido de rata
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

La disminución de la eficacia de un fármaco en el tratamiento o cura de una determinada enfermedad o condición se conoce como resistencia a los fármacos. La resistencia a múltiples fármacos o MDR (por sus siglas en inglés, multidrug resistance) se puede definir, en términos generales, como la capacidad de una célula viva u organismo de ofrecer resistencia al tratamiento frente a un amplio espectro de fármacos no relacionados estructural o funcionalmente entre sí. Una forma específica de MDR es aquella mediada por una superfamilia de proteínas de membrana denominadas proteínas transportadoras de eflujo ATP dependientes o transportadores ABC (por sus siglas en inglés, ATP-binding cassette). En humanos (y eucariotas en general), los transportadores ABC utilizan la energía proveniente de la hidrólisis del ATP intracelular para exportar compuestos desde el citoplasma hacia el exterior de la célula a través de la membrana plasmática, o bien para mover moléculas en orgánulos intracelulares. En cualquier caso, el sentido de transporte en eucariotas es siempre desde el interior de la célula u orgánulo hacia el exterior de éstos. En los mamíferos, los transportadores ABC se expresan de forma ubicua en todo el organismo, pero su expresión es predominante en ciertos órganos como el hígado, el intestino y los riñones, y en tejidos tales como la barrera hematoencefálica (BHE), la barrera hematotesticular y la placenta. Están caracterizados por una amplia especificidad de sustrato y están involucrados en el eflujo tanto de moléculas endógenas como de compuestos xenobióticos, y por lo tanto están asociados a un amplio espectro de funciones fisiológicas. De los 49 transportadores humanos, sólo la proteína ABCB1 (Glicoproteína P - Pgp, MDR1), la proteína ABCG2 (Proteína de Resistencia del Cáncer de Mama - BCRP, MXR) y varios miembros de la familia ABCC (MRP) califican sin dudas como proteínas MDR-ABC y su participación en este fenómeno ha sido largamente documentada, principalmente en el cáncer, la epilepsia y las enfermedades infecciosas. La epilepsia es el trastorno cerebral crónico más frecuente, afectando a más de 50 millones de personas en todo el mundo. La farmacoterapia es el tratamiento de elección logrando éxito en el control de la epilepsia (es decir, logrando un estado libre de convulsiones sostenido en el tiempo) en alrededor del 70% de los pacientes. El 30% restante sufre de epilepsia resistente al tratamiento o refractaria, en la cual no se logra alcanzar un estado libre de convulsiones sostenido en el tiempo con al menos dos regímenes de fármacos antiepilépticos (FAE) correctamente seleccionados, bien tolerados y de uso habitual. Entre las diferentes hipótesis que proporcionan posibles explicaciones al fenómeno de la epilepsia refractaria, la hipótesis de los transportadores sostiene que la farmacorresistencia puede ser una consecuencia de una sobreexpresión (inducida por las propias convulsiones o los FAE) e hiperactividad local de los transportadores MDR-ABC en la BHE y/o los focos epilépticos, los cuales limitarían la penetración de los FAE y conducirían a niveles insuficientes de los fármacos en el tejido cerebral epileptogénico. La refractariedad ha sido atribuida principalmente a la sobreexpresión de la Pgp; sin embargo, estudios recientes evidenciaron el papel relevante de la BCRP en la restricción del acceso al cerebro de varios FAE. Cabe destacar aquí que la BCRP es el transportador con los niveles de expresión basales más altos tanto a nivel de la BHE como en todos los segmentos del intestino humano de sujetos sanos, además de ser el transportador ABC con espectro de sustratos más amplio. Por este motivo, la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) y la Agencia Europea de Medicamentos (EMA) recomiendan que los fármacos en investigación sean evaluados como sustrato y/o inhibidor tanto de la Pgp como de la BCRP. Por todo esto, durante el presente plan de tesis se desarrollaron una serie de modelos computacionales químico-matemáticos basados en descriptores moleculares topológicos capaces de discriminar entre sustratos y no sustratos de la BCRP humana de tipo salvaje, utilizando distintas metodologías de modelado desde el ligando. El mejor modelo obtenido fue un ensamble de modelos de tipo no lineal desarrollado utilizando una estrategia combinada de algoritmos genéticos, algoritmo de inducción de árboles de decisión J48 y fusión de datos. El filtro ADME desarrollado es fácil y rápido de aplicar porque no requiere un análisis conformacional previo de las estructuras químicas a evaluar, lo cual es particularmente adecuado para campañas de cribado virtual en grandes bibliotecas de compuestos químicos. Las predicciones del modelo se validaron experimentalmente utilizando el modelo ex vivo de saco intestinal evertido de rata. Se evaluaron experimentalmente cinco compuestos anticonvulsivos clasificados como no sustrato por el ensamble y ninguno de los cinco compuestos demostró ser un sustrato de la BCRP en las condiciones experimentales utilizadas. Los resultados experimentales demostraron la capacidad predictiva del ensamble de modelos computacionales obtenido, el cual constituye un filtro ADME in silico que podrá aplicarse en campañas de cribado virtual orientadas al descubrimiento de nuevos fármacos para el tratamiento de patologías con alta prevalencia de fenómenos MDR asociados al transportador BCRP como la epilepsia y el cáncer, y para la predicción de potenciales reacciones medicamentosas debidas a la competencia de dos o más fármacos por dicho transportador.
Doctor en Ciencias Exactas, área Ciencias Biológicas
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Exactas