On the search for multitarget inhibitors for BACE‐1 and other pharmacological targets of Alzheimer's Disease

espanolLa enfermedad de Alzheimer (EA) es una patologia neurodegenerativa caracterizada por la formacion progresiva de placas amiloides insolubles y ovillos neurofibrilares, que afecta principalmente a la poblacion de la tercera edad. A pesar del enorme esfuerzo de las instituciones academicas y la industria farmaceutica, no existen terapias conocidas que modifiquen el curso de la enfermedad. Los unicos farmacos que se usan clinicamente tienen un efecto paliativo de la sintomatologia. La hipotesis mas aceptada para la etiologia de esta enfermedad se conoce como la hipotesis amiloide. De acuerdo con esta hipotesis varias biomoleculas cooperan en la generacion de peptidos As y en su agregacion. Los oligomeros resultantes poseen una alta toxicidad debido a su habilidad para interrumpir los contactos sinapticos. La multiplicidad de dianas amiloides abre la posibilidad de terapias multidiana en las cuales se buscarian moleculas que sean capaces de unirse a las diferentes dianas de la cascada amiloide. La barrera mas obvia para la busqueda de estos compuestos con capacidad polifarmacologica son las diferencias sustanciales en los sitios de enlace de las dianas. Por ello hemos decidido estudiar en detalle la union de ligandos a estas biomoleculas antes de iniciar la busqueda de farmacos multidiana. En primer lugar nos centramos en BACE-1, una enzima que participa en la etapa limitante de la hidrolisis de la proteina precursora amiloide que da lugar a la formacion de peptidos amiloides. BACE-1 posee un par de residuos Asp que son esenciales para la actividad hidrolitica de esta enzima. Usando ensayos de evaluacion de afinidades enzima-inhibidor por SPR en combinacion con calculos de dinamica molecular, fuimos capaces de demostrar que cada inhibidor induce estados de protonacion diferentes en la diada aspartica catalitica, un rasgo que depende de la estructura del isostero cuando los ligandos son peptidicos. En esta enzima y en otra de la misma familia (proteasa del virus del SIDA) hemos sido capaces de predecir entre otras cosas el efecto del pH sobre la afinidad de los ligandos. En BACE-1 hemos identificado isoteros (con un grupo hidroxilamina) que mantienen la afinidad a pH acido y a pH neutro, una caracteristica que las hace ideales para tener buena actividad a nivel celular. Este tipo de isostero nos sirvio posteriormente para formular un farmacoforo de partida para la busqueda de compuestos multidiana. En el siguiente paso hemos desarrollado un protocolo de acoplamiento enzima-inhibidor para BACE-1. Estos estudios nos permitieron determinar el efecto de la protonacion del ligando y de los residuos ionizables de la enzima en los resultados teniendo en cuenta el efecto del pH sobre la prediccion de las poses, y nos llevaron a proponer una funcion de evaluacion de la afinidad del ligando basado en calculos de mecanica molecular que enriquece substancialmente el numero de poses correctas. Para evitar el problema que nos plantea las diferencias substanciales entre los sitios de union de ligandos de las diferentes dianas moleculares propusimos un protocolo asistido por ordenador basado en un farmacoforo, que incluye ciertas interacciones especificas con las dianas de la cascada amiloide. La busqueda se realizo por una combinacion de protocolos de acoplamiento proteina ligando y de dinamica molecular. El farmacoforo original nos permitio identificar una serie de compuestos derivados de dimebon que poseen propiedades neuroprotectoras y neurogeneradoras en ratones, pero cuyas dianas no se conocian. Nuestros calculos indicaron que estos compuestos originales eran inhibidores de dianas colinergicas, un resultado que fue verificado experimentalmente. Dos ciclos de diseno basados en nuestros protocolos nos condujeron a nuevo grupo de analogos, los cuales fueron sintetizados y ensayados. Los resultados de los ensayos revelaron que los inhibidores de tercera generacion mejoran su afinidad por BACE-1 por mas de tres ordenes de magnitud, manifestando que nuestros compuestos ademas inhiben la agregacion amiloide y son capaces de unirse a AChE y BuChE, lo que los convierte en compuestos multidiana que interfieren en la cascada amiloide ademas de tener un efecto colinergico positivo. EnglishAlzheimer disease (AD) is a devastating illness that affects populations worldwide, and for which an effective cure has yet to be found. We have studied in depth the effect of various factors like pH and ligand structure on the inhibition of BACE-1, one of the enzymes that produce the Aβ peptides, whose aggregation is a hallmark of this disease. The results of this study helped us to obtain drug leads that inhibit not only the aforementioned enzyme but some other AD therapeutic targets at the core of this illness. This study successfully identified several compounds with true multitarget potential against AD at the amyloidogenic and cholinergic levels.