Análisis del potencial del ácido dehidroabético como inhibidor de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR basado en la tecnología de simulación por ordenador
La vía de señalización PI3K/AKT/mTOR desempeña un papel importante en los procesos de proliferación celular, diferenciación y apoptosis, y está sobreactivada en muchas células tumorales. Se ha descubierto que favorece el desarrollo de resistencia a los fármacos en las células tumorales. La inhibición de la activación de esta vía de señalización puede promover la apoptosis de las células tumorales y restaurar su sensibilidad a los fármacos. Por lo tanto, el desarrollo de pequeñas moléculas inhibidoras de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR se ha convertido en uno de los puntos calientes de la investigación de fármacos antitumorales. El ácido deshidroabético (DHA) es un importante ácido diterpenoide tricíclico de resina natural y uno de los componentes de la colofonia de la medicina tradicional china. Se obtiene principalmente separando la colofonia mediante una reacción de desproporción. Tiene propiedades estables y una estructura similar a las moléculas de esteroides, y se ha utilizado ampliamente en la síntesis y el desarrollo de reactivos fluorescentes y fármacos intermedios. El ácido deshidroabético y muchos de sus derivados presentan una excelente actividad antitumoral. Informes recientes han demostrado que los derivados 1H benzo[d] imidazol del ácido dehidroabético tienen efectos inhibidores sobre PI3K α y pueden regular a la baja la expresión de AKT fosforilada. Nuestra investigación también descubrió que algunos derivados del ácido dehidroabiético modificados con anillos B pueden reducir los niveles de expresión de PI3K, AKT y mTOR fosforilados, así como los niveles de fosforilación de sus efectores descendentes S6 y 4EBP1. Aunque diferentes derivados del ácido dehidroabético han mostrado ciertos efectos inhibidores sobre las proteínas de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR, en la actualidad no está claro si el ácido dehidroabético posee por sí mismo la correspondiente capacidad inhibidora, por lo que es necesario seguir investigando.

La mayoría de los compuestos ejercen sus efectos uniéndose a moléculas de proteínas, y sus modos de unión y capacidades pueden verificarse mediante métodos como el análisis de cristales de proteínas y el enfriamiento por fluorescencia de proteínas. Sin embargo, el periodo experimental es largo y el coste elevado. La tecnología de acoplamiento molecular consiste en utilizar ordenadores para realizar cálculos teóricos y predecir la unión entre los compuestos y las proteínas receptoras. Basándose en la energía de unión del acoplamiento, puede determinarse la capacidad de unión entre los compuestos y las proteínas, y pueden seleccionarse moduladores potenciales de proteínas; también puede llevarse a cabo una investigación preliminar del mecanismo mediante la configuración de acoplamiento obtenida y otras puntuaciones de acoplamiento. Además, la comprensión de las propiedades farmacológicas y las características farmacocinéticas de los compuestos, como la absorción, la distribución, el metabolismo, la excreción y la toxicidad en el cuerpo humano, puede determinar si pueden utilizarse como compuestos candidatos para el tratamiento clínico. Con el fin de reducir los costes de investigación, se han ido utilizando gradualmente programas asistidos por ordenador para los estudios preliminares de semejanza y farmacocinética de fármacos.

Por lo tanto, en este estudio se utilizó la tecnología de acoplamiento molecular para predecir la capacidad de unión y el modo de unión del ácido dehidroabético a proteínas clave de esta vía, y se verificó la inhibición real del ácido dehidroabético mediante inmunotransferencia de proteínas. Además, se utilizó un servidor de red para simular las propiedades y la farmacocinética del fármaco, con el fin de comprender de forma preliminar el potencial del ácido dehidroabético como inhibidor de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR y proporcionar una base teórica para el desarrollo posterior del ácido dehidroabético.

La vía de señalización PI3K/AKT/mTOR desempeña un papel importante en los procesos de proliferación, diferenciación y apoptosis celular, y es también una de las dianas para el tratamiento del cáncer. La PI3K está compuesta principalmente por la subunidad catalítica p110 y la subunidad reguladora p85. Tras la activación de la fosforilación, puede convertir su sustrato 3,4-fosfatidilinositol (PIP2) en 3,4,5-trifosfato de fosfatidilinositol (PIP3). PIP3 puede unirse a AKT y promover la fosforilación de AKT a través de la proteína quinasa 1 dependiente de fosfoinositol (PDK1). La AKT activada por fosforilación puede fosforilar directa o indirectamente a mTOR, promoviendo así la fosforilación de las proteínas efectoras descendentes 4EBP1 y S6 para regular la actividad bioquímica intracelular.

Este estudio se basa en el continuo desarrollo de derivados anticancerígenos del ácido dehidroabético en los últimos años, algunos de los cuales se ha informado que tienen efectos inhibitorios sobre proteínas clave en la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR. Con el fin de investigar el efecto del ácido dehidroabético como materia prima sobre la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR y proporcionar una base para el desarrollo de derivados anticancerígenos del ácido dehidroabético. La capacidad de unión y el modo de unión del ácido dehidroabietético a los sitios de unión ATP de las proteínas clave PI3K, AKT y mTOR en la vía se predijeron utilizando la tecnología de acoplamiento molecular. Se examinó el efecto inhibidor del ácido dehidroabiético en la vía mediante inmunotransferencia de proteínas y se predijo el potencial del ácido dehidroabiético como fármaco oral mediante simulaciones farmacocinéticas preliminares.

Los resultados del acoplamiento molecular mostraron que el ácido dehidroabietético tiene una cierta capacidad de unión a los sitios de unión de ATP de varias proteínas clave, con la unión más débil a AKT3 a una energía de unión mínima de -6,16 kcal/mol y la unión más fuerte a AKT1 a una energía de unión mínima de -8,04 kcal/mol. La capacidad de unión del ácido dehidroabético a las proteínas de la vía es más débil que la del ligando original como inhibidor altamente eficaz, lo que es similar a la molécula inhibidora de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR basada en ácido dehidroabético DBDA que hemos sintetizado. En los sitios de unión al ATP, los residuos de interacción entre el ácido dehidroabietico y las proteínas son en su mayoría residuos hidrofóbicos. A excepción de Lys890 de PI3K δ, otros residuos clave que desempeñan el papel más importante en la unión de proteínas ligando también son residuos hidrofóbicos. Esto indica que el ácido dehidroabiético puede ejercer efectos inhibidores uniéndose a la circunvolución glandular de los sitios de unión al ATP. Los residuos de interacción entre varias proteínas y el ácido deshidroabético se solapan significativamente con los del ligando original, lo que indica que el ácido deshidroabético puede competir con el ATP de forma similar al ligando original para inhibir la acción de las proteínas. Además, las estructuras sin enlaces de hidrógeno, como el ácido dehidroabético con PI3K α, AKT2 y AKT3, tienen energías de unión más altas que otras estructuras con enlaces de hidrógeno, lo que indica que los enlaces de hidrógeno desempeñan un papel importante en la unión estable del ácido dehidroabético a las proteínas. En la configuración de unión del ácido dehidroabietético, todos los enlaces de hidrógeno se generan en la posición carboxilo. Sin embargo, hay múltiples residuos solapados cerca de los anillos isopropílico y bencénico que interactúan mediante enlaces de hidrógeno en el ligando original. Esta característica sugiere que, a la hora de diseñar nuevos inhibidores de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR basados en el ácido deshidroabiético, se puede potenciar la capacidad hidrófila de la posición carboxilo e introducir grupos hidrófilos en las posiciones isopropilo y anillo benceno, lo que puede mejorar la capacidad de unión del nuevo compuesto a las proteínas.

Los experimentos de inmunotransferencia de proteínas mostraron que tras el tratamiento con ácido deshidroabético, la expresión de la subunidad p85 regulada por PI3K en las células SCC9 se redujo significativamente. La disminución del contenido de p85 puede dificultar la generación de PI3K y convertirse en uno de los factores que reducen la expresión de fosforilación de la proteína corriente abajo AKT en PI3K. La proteína total de AKT y mTOR no mostró cambios significativos en comparación con el grupo en blanco bajo diferentes concentraciones de ácido dehidroabiético, pero la expresión de proteínas fosforiladas se redujo significativamente, lo que indica que el proceso de fosforilación de AKT y mTOR fue inhibido. La disminución de la expresión de fosforilación de 4EBP1 corriente abajo de mTOR puede deberse a que 4EBP1 también puede activarse a través de la vía de señalización MEK/Erk. La expresión de fosforilación corriente abajo de otra proteína efectora S6K1 regulada por mTOR se redujo significativamente, lo que puede deberse a la inhibición de la fosforilación de mTOR, que conduce a una disminución de la activación de S6K1 y, por tanto, reduce la reacción de fosforilación de S6. En general, en las células SCC9, la expresión de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR fue inhibida por el ácido dehidroabético, lo que concuerda con los resultados predichos en el acoplamiento molecular.

En la predicción de las propiedades y la farmacocinética de los fármacos, la regla de Lipinski del análisis de cinco del ácido dehidroabiético muestra que sus valores de peso molecular, LogP, enlace rotacional, aceptor de enlace de hidrógeno y donante de enlace de hidrógeno están dentro del rango requerido por esta regla empírica. La predicción farmacocinética simula la absorción, distribución, metabolismo, excreción y toxicidad del ácido dehidroabético in vivo, y el ácido dehidroabético ha superado la mayoría de las pruebas, lo que indica que puede ejercer bien los efectos farmacológicos in vivo.

En resumen, este estudio descubrió que el ácido dehidroabético en sí mismo puede convertirse en un agente terapéutico candidato para inhibir la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR, con el fin de aliviar la resistencia de las células tumorales y los efectos antitumorales, mediante la predicción de acoplamiento molecular, experimentos de inmunotransferencia de proteínas, pruebas de similitud de fármacos y predicción farmacocinética. Se pueden realizar más modificaciones en la estructura del ácido dehidroabético para desarrollar inhibidores más eficaces de la vía de señalización PI3K/AKT/mTOR basados en el ácido dehidroabético.