Docking de protéinas, en busca de farmacos contra el cancer

[Pascal94]

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Moléculas terapéuticas

Conocer el proceso de unión o docking entre proteínas humanas y pequeñas moléculas es una tarea clave para el desarrollo de fármacos que mejoren el tratamiento de enfermedades como el cáncer.

Esas moléculas, denominadas genéricamente ligandos, pueden modificar las propiedades de las proteínas con efectos terapéuticos. A través de Ibercivis, científicos del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC-UAM) simulan el docking de determinadas proteínas con una serie de ligandos para determinar cuáles de ellos resultan más prometedores para ser analizados experimentalmente.

La primera proteína con la que han trabajado ha sido la MGMT, que hace resistentes algunas células cancerígenas a los efectos de los fármacos utilizados en la quimioterapia. El objetivo: encontrar un ligando que logre inhibir la MGMT.

En la imagen: Docking de una proteína y un ligando


Cribar la quimioteca

Hallar un ligando que pueda unirse a una proteína previamente identificada es una labor compleja. Los ligandos disponibles hoy día forman una auténtica quimioteca de varios millones de moléculas. Probar todos ellos con una proteína en el laboratorio resultaría inviable en términos de tiempo y recursos. Por eso, se hace necesario recurrir a un cribado virtual.

Para realizar un cribado, primero hay que convertir la información necesaria de la proteína y los ligandos en datos informáticos. En el caso de la proteína debe delimitarse su centro activo, es decir, la zona donde ésta interacciona con los ligandos. Y en el de estos últimos, hay que prever todas sus poses, es decir, sus diferentes disposiciones espaciales.

En segundo lugar, hay que simular el docking de cada ligando con la proteína y determinar lo buena que es la interacción entre ambos. Para ello el ligando se va trasladando y rotando por todo el centro activo en sus diferentes disposiciones. En cada una de estas poses se evalúa la energía de unión del complejo proteína-ligando. Cuanto menor es esta energía, tanto mejor es la interacción, y por tanto más estable será el complejo.

Concluido el cribado, los resultados de cada docking se introducen en una base de datos y se ordenan según su grado de interacción con la proteína. Para obtener una ordenación más fiable, los primeros de la lista son sometidos a análisis computacionales más precisos.

Finalmente, y como resultado de todo el proceso, se seleccionan entre 20 y 30 ligandos para ser probados mediante ensayos en el laboratorio.

En la imagen: caracterización del centro activo para interacciones con carbonos. La caja muestra el área donde se van a realizar los estudios de docking. La superficie amarilla indica las zonas más favorables de unión.


Ibercivis: docking ciudadano

Un solo docking (la proteína y un ligando) tarda cerca de cinco minutos. Procesar todos los ligandos de la quimioteca con un único equipo llevaría 40 años. Gracias a los ordenadores de Ibercivis este proceso puede realizarse en un lapso de tiempo mucho más razonable. Desde el lanzamiento del proyecto se han realizado dos cribados virtuales completos. Si alguno de los ligandos seleccionados funciona experimentalmente en un futuro llegará a ser el principio activo de un nuevo fármaco.

En la imagen: Ejemplo de ligando que presenta actividades in vitro e in vivo representado sobre superficie de la proteína.

[Pascal94]

Molécules thérapeutiques

Connaître le processus de liaison ou Docking (amarrage) entre protéines humaines et des petites molécules est une tâche essentielle pour le développement de médicaments qui améliorent le traitement de maladies comme le cancer.

Ces molécules, de manière générique dénommés ligands, peuvent modifier les propriétés des protéines avec des effets thérapeutiques. Grâce à Ibercivis, les scientifiques au Centre de Biologie Moléculaire Severo Ochoa (CSIC-UAM) simulent l'amarrage de certaines protéines avec une série de ligands afin de déterminer qui sont les plus prometteuses à tester expérimentalement.

La première protéine avec laquelle ils ont travaillé a été la MGMT, qui rend les cellules cancéreuses résistantes aux effets des médicaments utilisés en chimiothérapie. L'objectif: trouver un ligand qui pourrait inhiber la MGMT.

Sur l'image: un amarrage de d'une protéine et d'un ligand


Le criblage des chimiothèques

Rechercher un ligand qui peut se lier à une protéine précédemment identifiés est une tâche complexe. Les ligands disponibles à ce jour forment une véritable chimiothèque de plusieurs millions de molécules. Les tester tous avec une protéine en laboratoire serait irréalisable en termes de temps et de ressources. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser un criblage virtuel.

Pour effectuer un criblage, il faut d'abord convertir les informations sur les protéines et les ligands en données informatiques. Dans le cas de la protéine il faut délimiter son centre actif, c'est-à-dire la zone où elle interagit avec les ligands. Et dans le second cas, nous devons prévoir toutes leurs poses, c'est-à-dire, les différents arrangements spatiaux.

Deuxièmement, il faut simuler l'amarrage de chaque ligand à la protéine et  déterminer ce qui est une bonne interaction entre eux. À cet effet, le ligand subit un déplacement et une rotation autour du centre actif dans ses diverses dispositions. Dans chacune de ces poses on évalue l'énergie de liaison du complexe protéine-ligand. Plus faible est cette énergie, meilleure est l'interaction, et par conséquent plus stable sera le complexe.

le criblage terminé, les résultats de chaque amarrage sont entrés dans une base de données et triés selon leur degré d'interaction avec la protéine. Pour obtenir une gestion plus fiable, les premiers de la liste sont soumis à des analyses de calcul plus précises.

Enfin, et comme résultat de tout le processus, on sélectionne entre 20 et 30 ligands pour être validés par des essais en laboratoire.

Sur l'image: Caractérisation du centre actif pour des interactions avec du carbone. La boîte montre l'endroit où seront effectuées des études d'amarrage. La surface jaune indique que les zones les plus favorables à l'union.


Ibercivis: amarrage citoyen

Un seul amarrage (la protéine et un ligand) prend environ cinq minutes. Tester tous les ligands de la chimiothèque avec un ordinateur unique prendrait 40 ans. Grâce aux ordinateurs du réseau Ibercivis ce processus peut être effectué dans un laps de temps beaucoup plus raisonnable. Depuis le lancement du projet il a été effectué deux criblages virtuels complets. Si l'un des ligands sélectionnés fonctionne expérimentalement dans le futur, il deviendra l'ingrédient actif d'un nouveau médicament.

Sur l'image: Exemple de ligand qui présente des activités in vitro et in vivo, représenté à la surface de la protéine.