Estrategias en el tratamiento de la enfermedad renal crónica: nuevos moduladores de PTP 1B e ILK

• Autores: Javier García Marín
• Directores de la Tesis: Juan J. Vaquero López (dir. tes.), Ramón Alajarín Ferrández (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2020
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: David Díez Martín (presid.), David Sucunza Sáenz (secret.), María Isabel Rozas Hernando (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
• Materias:
  • Química
    • Química orgánica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: TESEO
• Resumen
  • español

    En los últimos años se ha producido un aumento de la esperanza de vida, especialmente en los países desarrollados, que ha traído consigo la aparición de nuevas patologías. La enfermedad renal crónica es un trastorno que afecta principalmente a personas de avanzada edad y que en sus últimos estadios conduce al fallo renal agudo y a la muerte del individuo. La falta de tratamientos farmacológicos ha impulsado que distintos grupos de investigación inicien programas para la búsqueda de nuevos fármacos para su tratamiento. La Proteína Tirosina Fosfatasa 1B (PTP1B) es una de las dianas más validadas para el tratamiento de la diabetes mellitus, principal causa de la enfermedad renal crónica. Partiendo de un hito identificado en nuestro grupo de investigación con estructura de pirrolo[1,2-a]quinoxalina se ha llevado a cabo una optimización de las posiciones de esta estructura y se han aplicado estrategias de scaffold hopping sobre el anillo de pirrol para la generación de nuevos análogos. Como resultado se han obtenido nuevos compuestos que han mostrado su eficacia en ensayos de recaptación de glucosa y han demostrado su mecanismo de acción en ensayos celulares de fosforilación de distintas dianas intracelulares relacionadas con PTP1B. Además, estudios de docking y de dinámica molecular han permitido racionalizar los resultados biológicos y apoyar el posible mecanismo de inhibición alostérica de estos compuestos sobre PTP1B.

    La quinasa ligada a integrinas (ILK) es uno de los principales mediadores intracelulares de la señalización iniciada por las integrinas hacia el citoesqueleto celular. Investigaciones recientes demuestran que esta proteína juega un papel clave en el desarrollo y deterioro del riñón, poniendo de manifiesto su importancia en la enfermedad renal. La ILK actúa mediante su unión a dos proteínas adaptadoras, PINCH y -parvina, siendo esta última la menos estudiada. Basándonos en el estudio in silico de esta interacción proteína-proteína se han diseñado dos familias de péptidos que mimetizan distintos segmentos de la -parvina con el fin de comprobar si son capaces de actuar sobre la ILK y modular su actividad. Los tripéptidos así obtenidos han demostrado modular la capacidad ensambladora de ILK en ensayos celulares por un mecanismo de acción dependiente de esta proteína. Por otro lado, se ha preparado una familia de heptapéptidos con capacidad de unión a la ILK mediante ensayos de resonancia de plasmón de superficie, pudiéndose determinar las posiciones claves de éste a través de un escaneo de alanina. Del mismo modo, se han preparado sondas fluorescentes a partir de los mejores péptidos para comprobar su permeabilidad celular. Los ensayos celulares han demostrado la alta capacidad que tienen estos péptidos para modular la función ensambladora de ILK lo que supone una fuente de conocimiento para el desarrollo de nuevos fármacos y la comprensión del papel celular de la interacción de la ILK con -parvina

  • English

    The research group joined in 2011 to one of the NETWORKS (RETICS) promoted by the Spanish Instituto de Salud Carlos III, REDinREN. The role of our research group in this network is to contribute to the search for new compounds that could be of interest for new and relevant targets involved in the development and progression of Chronic Kidney Disease (CKD).

    The present thesis has been focused on the application of medicinal and biological chemistry approaches for the treatment of CKD. This in one of the most important contributor to morbidity and mortality of non-transmissible diseases. This term collect several disorders affecting kidney structure and function, generally glomerular filtration rate 60 mL/min/1.73 m2 or albuminuria ³30 mg per 24 hours) for more than 3 months. In the late stages, it produces the kidney failure or end-stage renal disease, which requires renal replacement therapy. During 2017, the global prevalence of CKD was 9.1% which is about 700 million cases, and since 1990, its prevalence has increased by 29.3%, especially in elderly population of developed countries. Furthermore, it remains among the growing causes of mortality which made CKD the 13th leading cause of death in 2013.5 Moreover, it supposes a big burden for current health care systems. As example, those patients treated through renal replacement therapy consume more than the 5% of health care budgets. Nowadays the origin of CKD it is unknow, but the main causes are: diabetes mellitus type II (44%), followed by hypertension (28%) and other non-related and idiopatic causes. Despite of this scenario, there is no pharmacological treatment for this disease. Only canaglifozine (an SGLT2 inhibitor) of Jannsen laboratories has entered in Phase II Clinical Trials to reduce the risk of end-stage kidney disease in an attempt of drug-repurposing. Then, in this context this thesis has followed different approaches to get new outcomes for the treatment or the study of this disease.

    Protein Tyrosine Phosphatase 1B (PTP1B) has been claimed as a promising target for diabetes mellitus type II, and its inhibition may be the best approach for the treatment of CKD. Despite the wide variety of PTP1B inhibitors described in the literature, just only allosteric inhibitors have reached clinical trials. In our research group, the scaffold pyrrolo[1,2-a]quinoxaline was identified as inhibitor of PTP1B in a collaboration with Servier Laboratories. In this context, during the first chapter, different positions of this scaffold were explored in order to improve the potency and/or physicochemical properties. Then, in vitro activity was determined for new and previously prepared compounds in order to identify the most interesting ones. Moreover, computational methods have been employed to explain the behaviour and/or activity observed for the different series of compounds.

    During the pre-doctoral research stay at the University of Bristol, computational approaches, mainly molecular dynamics and Water Swap free energy methods, were also tested on selected compounds with the aim of shedding some light onto the experimentally observed results.

    Regarding the second chapter of this work, the novel target ILK was explored. This is a protein which in recent years has been tightly related to chronic kidney disease and kidney function in several studies. ILK regulates processes such as renal fibrosis, kidney development or immune response in kidney. In the last decade this enzyme was proposed as a new cancer target, however its role in kidney disease remains unclear. An approach non-explored before was carried out to design new molecules based on its protein-protein interaction with -parvin. Following an in silico proposal, different series of peptides were synthesized and tested in different experiments in order to obtain new tools for the study of this protein.