Dynamic combinatorial chemistry: Reversible chemistry optimization and application in drug discovery

• Autores: Andrea Canal Martín
• Directores de la Tesis: Ruth Pérez Fernández (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 305
• Títulos paralelos:
  • Química dinámica combinatoria: Optimización de la química reversible y aplicación en el descubrimiento de fármacos
• Tribunal Calificador de la Tesis: Iván López Montero (presid.), María Angeles Canales Mayordomo (secret.), Julien Leclaire (voc.), Sonsoles Martín-Santamaría (voc.), Pascal Blondeau (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Avanzada por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Química
    • Química física
  • Ciencias médicas
    • Farmacología
      • Composición de medicamentos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen
  • español

    La química dinámica combinatoria se define como la química bajo control termodinámico. Se basa en la combinación de monómeros (en inglés, building blocks), que reaccionan entre sí a través de enlaces químicos reversibles formando compuestos, hasta alcanzar el equilibrio termodinámico (librería dinámica combinatoria, DCL, del inglés dynamic combinatorial library). Esta química reversible, en unas condiciones concretas, tiene la capacidad de responder a estímulos externos como el pH, la temperatura o la adición de una biomolécula que actúe como plantilla. En este último caso, el equilibrio se desplazará hacia la formación de complejos más estables y afines por la plantilla. En condiciones fisiológicas y en presencia de una plantilla, las DCLs requieren de un sistema químico-dinámico eficiente compuesto, además de la biomolécula que actúa como plantilla, de una química reversible adecuada y de unos monómeros estructuralmente distintos compatibles con la biomolécula y del método de análisis. La química dinámica combinatoria dirigida por proteínas (en inglés, protein-directed DCC, P-D DCC) se considera actualmente una herramienta eficaz y potente para encontrar ligandos que poseen una afinidad alta por la proteína que actúa como plantilla. En esta tesis, la adición de dos proteínas diferentes como dianas, NCS1 y glucosa oxidasa, desplaza el equilibrio de la dcl hacia la formación de los ligandos más prometedores del conjunto de compuestos formados en el equilibrio..

  • español

    La Química Dinámica Combinatoria es conocida como la química combinatoria bajo control termodinámico. En ella, se forman librerías dinámicas combinatorias (del inglés, DCLs). Estas son la combinación de monómeros dotados del grupo funcional o grupos funcionales de interés que reaccionan entre sí a través de enlaces químicos reversibles, dando lugar a la formación de compuestos hasta alcanzar el equilibrio termodinámico. Debido a ser una química en equilibrio, en condiciones determinadas, tiene la capacidad de responder a estímulos externos como el pH, la temperatura o la adición de una biomolécula que actúe como plantilla.

    Este último caso cobra un mayor interés, ya que supone una nueva metodología para el descubrimiento de hits para una plantilla biológica de interés. Cuando la plantilla está en la librería, el equilibrio se desplaza hacia la formación de los compuestos de mayor afinidad por la plantilla. A esta química se le denomina como Química Dinámica Combinatoria dirigida por Proteínas (en inglés, Protein-directed DCC, P-D DCC). En condiciones fisiológicas y en presencia de una plantilla, las DCLs requieren de un sistema químico-dinámico eficiente compuesto por: la biomolécula, como plantilla, la química reversible adecuada; los monómeros estructuralmente distintos compatibles con la biomolécula; y el método de análisis, en consonancia con lo anterior mencioando. Por ello, P-D DCC se considera actualmente una herramienta eficaz y potente para encontrar ligandos o hits con alta afinidad por la proteína estudiada, acelerando la identificación de moléculas por una síntesis y detección in situ de ligandos con potencial.

    En esta tesis, se ha empleado la Química Dinámica Combinatoria dirigida por proteínas, en dos sistemas: uno de ellos, consta de una DCL con el equilibrio reversible de acilhidrazonas en presencia del sensor neuronal de Calcio NCS1; y el otro sistema se basa en el equilibrio tiol-disulfuro en presencia de la enzima Glucosa Oxidasa.

    Con respecto a las químicas reversibles utilizadas, los intercambios acilhidrazona y disulfuro son las más usadas en el campo debido a su alta biocompatiblidad. Sin embargo, estas químicas reversibles, a baja temperatura y a pH fisiológico, en ocasiones pueden resultar muy lentas. Por ello, se han encontrado moléculas que actúen como catalizadores para ambas químicas reversibles. Por tanto, en esta Tesis Doctoral también se han optimizado los equilibrios de acilhidrazona y disulfuro, así como, su aplicación en entornos biológicos.

    Respecto al intercambio de acilhidrazona, se ha estudiado el mecanismo de reacción y se han encontrado nuevos catalizadores. Esta química se aplica en una Librería Dinámica Combinatoria dirigida por el Sensor Neuronal de Calcio 1 (NCS1), descubriendo moduladores que inducen a la regeneración de la sinapsis en un modelo animal de la enfermedad de Alzheimer. En cuanto al intercambio de disulfuro, se ha descubierto que la selenocistina actúa como catalizador, acortando el tiempo de equilibrio de la DCL, incluso a bajas temperaturas, sin interferir con el proceso de reconocimiento molecular. Para ello, se han empleado como plantillas biomoléculas: las poliaminas como Espermina y Espermidina, el dinucleótido NADPH y la enzima Glucosa Oxidasa, para demostrar los conceptos de molding y casting. Además, se ha hallado un inhibidor para la Glucosa Oxidasa. Después, se ha estudiado el mecanismo de acción de este inhibidor in vitro, cuyos resultados se encuentran en el rango de los inhibidores publicados. Por otro lado, se ha estudiado el rol de la selenocistina para el plegamiento de la Ribonucleasa A mal plegada, mostrando excelentes resultados en comparación con el tampón estándar redox de glutatión oxidado/reducido, y con ello, proporcionado nuevas condiciones con un mayor rango de pH para el plegamiento correcto de proteínas mal formadas.