Los receptores para el reconocimiento de patrones moleculares: aportaciones de la química computacional para el diseño de fármacos y la modulación de la inmunidad innata

• Autores: Juan Guzmán Caldentey
• Directores de la Tesis: Sonsoles Martín-Santamaría (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Molecular pattern recognition receptors: approaches from computational chemistry for drug design and innate immunity modulation
• Tribunal Calificador de la Tesis: José Carlos Menéndez Ramos (presid.), María José Hernáiz Gómez-Dégano (secret.), Javier Klett Arroyo (voc.), Alba Silipo (voc.), Manuel Fresno Escudero (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Médica por la Universidad Complutense de Madrid; la Universidad de Alcalá y la Universidad San Pablo-CEU
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• Resumen

  • En esta tesis hemos llevado a cabo el estudio de procesos reconocimiento molecular de receptores involucrados en la inmunidad innata por medio de técnicas computacionales. Más concretamente, nos hemos centrado en dos tipos diferentes de lectinas, Galectinas y DC-SIGN, y en el receptor Toll-like 4 (TLR4). Hemos utilizado técnicas computacionales, incluyendo docking y cribado virtual, simulaciones de dinámica molecular, simulaciones de grano grueso, análisis conformacional y cálculos de mecánica cuántica.

    Se ha llevado a cabo el diseño basado en fragmentos de moduladores selectivos de las galectinas 1, 3 y 7. Se ha seguido un protocolo de cribado virtual, combinado con docking y simulaciones de dinámica molecular, llevando a cabo la síntesis de los compuestos diseñados más prometedores, que fueron estudiados por RMN y calorimetría. Los resultados indican que los compuestos presentan una afinidad superior a la de la lactosa y selectividad por las galectinas. Estos ligandos pueden contribuir al conocimiento de las funciones biológicas de las galectinas. Siguiendo un protocolo similar, se han diseñado glicomiméticos como moduladores de DC SIGN con afinidad y selectividad mejoradas, derivados de un pseudodimanósido. La síntesis posterior de algunos de estos compuestos y su estudio biofísico demostraron que estos nuevos ligandos se unen con una gran afinidad a la proteína DC SIGN.

    Seguidamente describimos los estudios realizados con distintos moduladores del TLR4. Hemos demostrado que los péptidos agonistas de TLR4, RS01 y RS09, tienen distintos modos de unión al complejo TLR4 MD2, observando que solo en el caso de RS01, la conformación agonista de MD-2 se mantiene, en correlación con su actividad biológica. También se ha estudiado el péptido antagonista MDMP, un mimético de la región de unión a TLR4 de MD2. Nuestros estudios nos han mostrado que MDMP se une a TLR4 de una manera muy similar a MD2. También se ha estudiado el modo de unión a TLR4 del lípido endógeno cardiolipina, para determinar el mecanismo del efecto sinérgico observado con LPS. Nuestros estudios computacionales indican que la CL puede unirse a MD2. Además, se construyó un dímero mixto de TLR4 MD2. Este complejo se mantuvo estable, así como la conformación agonista de MD2, hecho que explicaría el carácter sinérgico de este lípido. También se ha estudiado el LPS de B. vulgatus, una mezcla de moléculas de LPS tetra y pentaacilado, con actividad como agonista débil de TLR4. Después de estudios de docking y simulación, observamos que únicamente el LPS pentaacilado cumple totalmente las características de un agonista de TLR4.

    En la búsqueda de nuevos moduladores de TLR4 no relacionados estructuralmente con los LPS, se ha seguido un protocolo de cribado virtual en el receptor TLR4. Se ensayó la actividad in vitro de 50 compuestos seleccionados, observando actividad antagonista en 7 de ellos. Ensayos en la línea de macrófagos J774 confirmaron la actividad de dos de ellos sin efectos citotóxicos. Así pues, se han identificado nuevos compuestos tipo-fármaco con actividad antagonista sobre el complejo TLR4 MD2.

    Finalmente, se han realizado estudios computacionales de los diferentes dominios del receptor TLR4, con el objetivo de comprender más profundamente los detalles precisos de la activación de este receptor y de su proceso de dimerización, incluyendo simulaciones de grano grueso del dominio de transmembrana en diferentes modelos de membrana. Se han propuesto dos posibles modelos de dimerización del dominio intracelular y de interacción de la proteína MAL.