Inhibidores de distintas ARNt sintetasas de Plasmodium falciparum como potenciales agentes antimaláricos

Abstract

Para frenar la creciente resistencia del Plasmodium, el parásito causante de la malaria, se necesitan nuevos fármacos con modos de acción diferentes a los de los fármacos actualmente existentes.

Esta tesis se centra en el estudio de las enzimas aminoacil-tRNA sintetasas (ARS) como potenciales dianas terapéuticas. El objetivo principal es el de diseñar y sintetizar distintas quimiotecas de compuestos que actúen como inhibidores específicos y selectivos de las enzimas ARS del Plasmodium falciparum para el tratamiento de la malaria.

Las enzimas ARS son las responsables de la síntesis proteica mediante la traducción de la información genética contenida en el ARN mensajero (ARNm). Además, son muy específicas, esenciales y conservadas. Cada especie contiene como mínimo 20 ARS distintas, una por cada aminoácido. Desde un punto de vista teórico, las ARS son potenciales dianas terapéuticas para el tratamiento de la malaria por cuanto: a) son esenciales, pues su inhibición conlleva la inviabilidad celular y muerte del parásito; b) son enzimas altamente expresadas durante el ciclo asexual intraeritrocítico que tiene lugar en el huésped; y c) aunque no se conoce su estructura de rayos-X, son estructuralmente viables para diseñar modelos homólogos. Además, las ARS son dianas terapéuticas validadas, ya que se ha demostrado que existen compuestos, en su mayoría antibióticos y antifúngicos, capaces de inhibir su funcionalidad.

Todas las ARS del P. falciparum tienen su enzima homóloga humana. No obstante, existen diferencias filogenéticas que otorgan cierta divergencia estructural a las enzimas, por lo que podrían ser inhibidas selectivamente, como podría ser el caso de las ARS apicolásticas del parásito. El apicoplasto es un orgánulo presente en casi todos los apicomplejos, éste, tiene carácter bacteriano, está evolutivamente bien conservado y fue descubierto hace relativamente poco, por lo que se desconocen muchas de sus funcionalidades. Sin embargo, se trata de un orgánulo que contiene información genética y es esencial para la supervivencia del parásito.

Para diseñar los posibles inhibidores de ARS del P. falciparum, se ha contado con información biológica a nivel molecular y celular del parásito proporcionada por los distintos grupos de investigación que forman parte del proyecto Mephitis, así como por la realización de varios ensayos biológicos de los compuestos sintetizados para determinar su actividad antimalárica y su capacidad de inhibir las funcionalidades del apicoplasto del parásito.

Durante el transcurso de esta investigación, se han sintetizado cuatro familias de compuestos;

- Miméticos del intermedio Lisil-ARNt sintetasas.

Mediante síntesis en fase sólida y en solución se sintetizaron compuestos basados en el complejo intermedio Lisil-adenilato. Se demostró mediante ensayos in vitro que dos de ellos fueron capaces de inhibir selectivamente la Lisil-ARNt sintetasa del apicoplasto sin alterar la funcionalidad de la enzima homóloga humana.

- Ligandos múltiples basados en los beta-aminoácidos cispentacina e icofungipen.

Los beta-aminoácidos cispentacina e icofungipen están descritos como inhibidores de la Proy la Ile-ARNt sintetasa de C. albicans respectivamente. La idea inicial fue sintetizar ligandos múltiples uniendo los farmocóforos antes citados, mediante un aminoácido, formando tripéptidos. Al no obtener resultados satisfactorios en los ensayos in vitro frente a P. falciparum de los di- y tri-péptidos formados con la cispentacina, se abandonó la síntesis del icofungipen. - Derivados del benzimidazol

Se decidió crear una quimioteca de derivados del benzimidazol como posibles compuestos duales, es decir que inhibieran más de una enzima ARS. Los compuestos se sintetizaron a partir de distintas o-fenilendiaminas substituidas, distintos aminoácidos utilizados como espaciadores y distintos ácidos carboxílicos que dieron diversidad a la quimioteca. Aunque no se pudo evaluar el modo de acción ni la diana de dichos compuestos, se obtuvieron seis derivados del benzimidazol con actividad antimalárica in vitro (IC50 menor de 40 milimicras) pero no in vivo.

- gamma-péptidos derivados de la prolina

A partir de un péptido patrón sintetizado previamente en nuestro laboratorio, formado con cadenas laterales indólica que mimetiza al triptófano, se sintetizó en fase sólida una quimioteca de derivados de aquél. Seis de los gamma-péptidos mostraron actividad antimalárica in vitro (IC50; 1.3-3.6 milimicras). No se pudo determinar el modo de acción de dichos compuestos.

The resistance of malaria parasites to available drugs continues to grow, which makes the need for new antimalarial therapies pressing.

The main goal of this research is the design and synthesis of new specific and selective inhibitors of the aminoacyl-tRNA synthetases (ARSs) of Plasmodium falciparum. Aminoacyl-tRNA synthetases (ARSs) are essential and conserved enzymes that catalyze the esterification of a specific amino-acid to its cognate transfer RNA (tRNA). Despite the fact that every species has a set of ARSs, there are some differences among them that can becurcial in the sense of selectivity. One example is the apicoplast, an organelle present in almost all the apicomplexan parasites that derived from a secondary endosymbiosis of cyanobacteria. Although the main role of this organelle is unknown, it is essential for the parasite’s survival. The apicoplastic ARSs differed substantially from the mammalian homologues enzymes. Even more, the ARSs are well-established antimicrobial drug targets. For all these reasons, ARSs represent an interesting new target for antimalarial drug discovery.

During the research, we collaborated with different teams of scientists in Mephities consortium. They gave us the biological and molecular information needed for the design of potentially antimalarial compounds.

With the aim of inhibiting different ARSs of P. falciparum, we synthesized four different libraries of compounds based on: 1) mimetic of Lys-ARSs intermediated; 2) beta-amino acids derivatives; 3) benzimidazole derivatives and 4) some gamma-peptides derived from L-Proline. We demonstrated that some compounds are active in vitro against P. falciparum at a millimicrons range. And, what is more, we confirmed that two of them had inhibited the apicoplastic Lys- ARS of P. falciparum. Some compounds were assayed in vivo but none of them cured the disease.