Diseño, síntesis y evaluación de efectos bioquímicos y conductuales de posibles inhibidores de la desacetilación de histonas

Abstract

RESUMEN: El tema central de este estudio es el diseño racional, la síntesis y la evaluación de efectos bioquímicos y conductuales de posibles inhibidores de la desacetilación de histonas de la isoforma 2 y 3 como una nueva herramienta terapéutica para las enfermedades neurodegenerativas y los trastornos del estado de ánimo, ya que actualmente son un blanco de estudio debido a los potenciales mecanismos epigenéticos involucrados en su fisiopatogenia y desarrollo. De este modo, la remodelación de la cromatina (desequilibrio en los procesos de acetilación y desacetilación de las histonas), es un tema común en los trastornos de la plasticidad sináptica y la cognición. Por lo anterior, a partir de métodos computacionales, se diseñaron 14 nuevos inhibidores de las histonas desacetilasas isoforma 2 y 3 (HDAC2/3), se establecieron estudios de acoplamiento molecular, así como la relación cuantitativa estructura-actividad biológica (QSAR). Los resultados del Docking ciego arrojaron que el sitio de inhibición de la HDAC2 está conformada por lo residuos de aminoácidos: Try308, His146, His147, Asp179, Asp186, Lys36, H2O79 y el ion Zn2+, mientras que los estudios QSAR permitieron establecer el mejor modelo matemático para predecir la actividad biológica de los nuevos inhibidores de las HDAC2/3. El mejor modelo fue construido con 6 variables del conjunto de descriptores (R= 0.882 q2 LOO= 0.6993 y q2 LGO= 0.5614), conservando una relación de 9:1 M:D, donde las propiedades atómicas, conformacionales y la interacción con el Zn2+son los más importantes en el modelo matemático. El modelo matemático fue validado con fármacos ya establecidos en el mercado arrojando como dato principal que el AVP y AGK2 están fuera de los límites de 3SD, debido a que el AVP no presenta el grupo voluminoso lipófilo y es un inhibidor selectivo de la HDAC8, mientras que AGK2 es un inhibidor selectivo de las HDACs III. A partir del efecto del inhibidor teórico (pIC50) se sinterizaron, caracterizaron y se evaluó la toxicidad de 3 inhibidores nuevos de las HDAC2/3: IN01, IN04 y IN14, con un rendimiento del 95, 35 y 90 %, respectivamente; los 3 inhibidores nuevos son capaces de coordinarse al Zn2+ del sitio catalítico de las enzimas HDACs clase I y II teóricamente y de manera in vitro, inhibiendo de esta manera a la HDACs. Siendo el inhibidor IN14 el mejor inhibidor de las HDACs con una actividad inhibitoria al 50 % de 5nM, el cual es equiparable a la actividad de la tricostatina A. El IN14 fue evaluado, tras la inducción de estrés, sobre el aprendizaje en diferentes tareas de memoria episódica (memoria de reconocimiento de objetos), memorial emocional (laberinto elevado en T). IN14 actúa como un antidepresivo en el modelo de nado forzado y facilita la memoria a corto y largo plazo en el modelo de reconocimiento de objeto novedoso y el laberinto elevado en T. ABSTRACT: The central theme of this study is the rational design, synthesis, and evaluation of biochemical and behavioral effects of possible inhibitors of histone deacetylation of isoform 2 and 3 as a new therapeutic tool for neurodegenerative diseases and disorders of the state of encouragement since they are currently a target of study due to the potential epigenetic mechanisms involved in their physiopathogenesis and development. Thus, chromatin remodeling (imbalance in the acetylation and deacetylation processes of histones) is a common theme in synaptic plasticity and cognition disorders. Therefore, from computational methods, 14 new inhibitors of histone deacetylases isoform 2 and 3 (HDAC2 / 3) were designed, molecular coupling studies were established, and the quantitative structure-biological activity relationship (QSAR). The results of the blind docking showed that the HDAC2 inhibition site is made up of amino acid residues: Try308, His146, His147, Asp179, Asp186, Lys36, H2O79, and the Zn2 + ion, while the QSAR studies allowed to establish the best model mathematics to predict the biological activity of the new HDAC2 / 3 inhibitors. The best model was built with six variables from the set of descriptors (R = 0.882 q2LOO = 0.6993 and q2LGO = 0.5614), preserving a 9: 1 M: D ratio, where the atomic and conformational properties and the interaction with Zn2 + are the most important in the mathematical model. The mathematical model was validated with drugs already established on the market, showing us the primary data that AVP and AGK2 are outside the limits of 3SD because AVP does not present the bulky lipophilic group and is a selective inhibitor of HDAC8. At the same time, that AGK2 is a selective inhibitor of HDACs III. From the effect of the theoretical inhibitor (pIC50), the toxicity of 3 new HDAC2 / 3 inhibitors was sintered, characterized, and evaluated: IN01, IN04, and IN14, with a yield of 95, 35, and 90%, respectively; 3 new inhibitors can coordinate to the Zn2 + of the catalytic site of HDACs class I and II enzymes theoretically and in vitro, thus inhibiting HDACs. Being the inhibitor IN14 the best inhibitor of HDACs with inhibitory activity of 50% of 5nM, which is comparable to the activity of trichostatin A. IN14 was evaluated, after stress induction, on learning in different tasks of episodic memory (object recognition memory), emotional memory (raised maze in T). IN14 acts as an antidepressant in the forced swim model and facilitates shortand long-term memory in the novel object recognition model and elevated T-maze.