Identificación de moduladores del apoptosoma mediante química combinatoria.

Abstract

La apoptosis es un proceso importante en una amplia variedad sistemas biológicos, incluyendo el recambio celular normal, el sistema inmunológico y el desarrollo embrionario. La apoptosis inadecuada está implicada en muchas enfermedades incluyendo enfermedades neurodegenerativas tales como las enfermedades de Alzheimer y Huntington, isquemia, desórdenes autoinmunes y varias formas de cáncer. La familia de proteínas Bcl-2 abarca una clase de estructuras homólogas que sirven para inhibir o para activar la apoptosis en un proceso intrincado y a su vez, bien orquestado. Los estímulos apoptósicos inducen la translocación de miembros pro-apoptósicos de la familia de Bcl-2 a la membrana mitochondrial externa donde forman canales iónicos que pueden contribuir a disipar el potencial transmembrana de la mitocondria y favorecer la liberación de citocromo c. En el citosol, esta proteína se une al factor activador de apoptosis (Apaf-1) para formar el complejo denominado apoptosoma que activa una familia de proteasas denominada caspasas. Las caspasas hidrolizan una serie de proteínas clave para la supervivencia celular y la célula muere de forma no necrótica. Estas moléculas moduladoras podrían ser consideradas como agentes "cabeza de serie" para el desarrollo de compuestos que puedan inhibir el crecimiento de células tumorales y/o paliar o aminorar los daños celulares asociados a las enfermedades neurodegenerativas <br/>En la tesis doctoral se utiliza la Química Combinatoria para la identificación de moléculas de interés biomédico moduladoras del apoptosoma. Para ello, en primer lugar es necesario poner a punto un ensayo de alto rendimiento que permita utilizar la diana terapéutica, el apoptosoma, y que permita el cribado funcional de un elevado número de moléculas con el objetivo de identificar efectores artificiales del sistema Apaf-1-caspasas. El trabajo presentado en esta tesis incorpora como novedad la utilización de los componentes básicos recombinantes purificados del apoptosoma y la reconstitución de su actividad in vitro para el cribado. Con este ensayo y formato de cribado, lo que se consigue una mejor definición de la diana molecular de búsqueda de moléculas moduladoras. Por otro lado, la posibilidad de manipulación de los distintos componentes del apoptosoma en las reacciones de reconstitución permite llevar a cabo la caracterización del mecanismo de acción de los compuestos actuvos identificados y su sitio de unión. Finalmente se llevo a cabo unestudio in vivo de los compuestos identificados como moduladores.

Protein-protein interactions represent points of chemical intervention for therapeutic gain in the biological processes associated with disease. Apoptosis is an interesting biological process because its importance in a wide variety of biological systems. Inappropriate apoptosis is involved in many human pathologies, including neurodegenerative diseases such as Alzheimer's and Huntington's, ischaemia, autoimmune disorders and several forms of cancer. Diverse apoptotic stimuli, including activation of cell surface death receptors, anticancer agents, irradiation, lack of survival factors, and ischemia induce signaling cascades that all activate a family of cysteine aspartyl proteases called caspases. It is these proteases that execute the apoptotic process. Effector caspases are responsible for the disassembly of cellular components while initiator caspases are responsible for activation of the effector caspases. Because of the critical consequences of apoptosis malfunctioning, the activation of caspases is scrupulously controlled. Some apoptotic signals activate the mitochondria-mediated or intrinsic pathway that utilizes caspase-9 as its initiator. Caspase-9 activation is triggered by the release to the cytosol of proapoptotic proteins from the mitochondrial inter-membrane space, in particular cytochrome c. The formation of the macromolecular complex named apoptosome is a key event in this pathway. The apoptosome is a holoenzyme multiprotein complex formed by cytochrome c-activated Apaf-1 (apoptotic protease-activating factor), dATP and procaspase-9. In this macromolecular complex apoptosome-associated caspase-9 is activated and then, in turn, activate effector caspases. To identify molecules that could ameliorate disease-associated apoptosis, drug discovery efforts have initially targeted caspase activity rather than activation. Nevertheless, protein-protein interactions upstream of caspase activation can be also relevant points of intervention for the development of modulators of apoptosis pathways. In particular, recent data propose the formation of the apoptosome as an interesting target for the development of apoptotic modulators. In the absence of detailed structural information, the conventional methods used for the identification of modulators of the apoptosome have been based in indirect measurements of the cytochrome c- and dATP-induced activation of caspase-3-like activity on defined cytosolic extracts. Using this methodology Lademann et al. have identified inhibitors of the apoptosome through the screening of small molecules using cytosolic extracts of selected cells.<br/>We have carried out a discovery program employing an in vitro reconstituted active apoptosome assembled from its recombinant constituent proteins. Here we describe the identification of compounds that inhibit the apoptosome-mediated activation of procaspase-9 from the screening of a diversity-oriented chemical library of N-alkylglycines. The active compounds rescued from the library were chemically optimized to obtain molecules that bind to both recombinant and human endogenous Apaf-1 and decrease the apoptotic phenotype in mitochondrial-mediated models of cellular apoptosis.