Targeting mitochondrial metabolism in cancer: development and validation of PEPCK-M and PYCR1 inhibitors

Abstract

[spa] La reprogramación metabólica es uno de los procesos que caracterizan el cancer. Estos cambios en el metabolismo de las células tumorales no solo permiten a las células obtener los metabolitos necesarios para su continua proliferación, sino que también participan activamente en otros procesos esenciales para la progresión del cancer (señalización oncogénica, evasión del sistema inmune, angiogénesis, etc.). No obstante, estos cambios también provocan ciertas dependencias y vulnerabilidades metabólicas que pueden ser el objetivo de tratamientos farmacológicos. PEPCK-M y PYCR1 son dos enzimas, de la gluconeogénesis y de la biosíntesis de prolina respectivamente, que están sobre expresadas en diferentes tipos tumorales y que juegan un papel importante en la biología del cancer. Debido a su importante rol en las células tumorales, nosotros y otros autores proponemos que ambas enzimas son dianas terapéuticas emergentes para el tratamiento del cancer. El objetivo de esta tesis doctoral es el diseño y validación de inhibidores específicos para PEPCK-M y PYCR1, así como el estudio de los mecanismos por los que estas enzimas participan en la progresión de la enfermedad. Para ello, hemos usado un enfoque multidisciplinar combinando técnicas computacionales (como el docking molecular o las simulaciones de dinámicas moleculares) e experimentales (ensayos in vitro, en líneas celulares de cancer e in vivo con modelos animales). El inhibidor de la isoforma citosólica de PEPCK iPEPCK-2, inhibió PEPCK-M con una potencia similar. El tratamiento con iPEPCK-2 redujo el crecimiento de células cancerígenas y su viabilidad en deprivación de glucosa. Además, inhibió el crecimiento de tumores insertados en ratones. Validando así PEPCK-M como diana terapéutica y iPEPCK-2 como inhibidor de PEPCK-M con actividad antineoplásica. Mediante un cribado virtual identificamos varias moléculas con actividad inhibitoria de PYCR1 (con una IC50 < 200 µM). Los modos de unión de estos compuestos fueron predichos usando simulaciones de dinamica molecular. Después de un proceso de optimización racional se obtuvieron compuestos con actividades de hasta 30 µM. Interesantemente estos compuestos inhibieron la proliferación de líneas celulares de cancer de mama y colon de forma dosis-dependiente. Así pues, el descubrimiento de estos inhibidores de PYCR1 plantea un escenario favorable para su optimización hasta un candidato a fármaco.