Desarrollan una nueva metodología para facilitar el diseño de inhibidores de la toxina del cólera

Investigadores de la Universidad de Sevilla han desarrollado una nueva metodología que combina resonancia magnética nuclear de alta resolución con química computacional para facilitar el diseño de inhibidores de la toxina del cólera. Dicha toxina es liberada por la bacteria Vibrio cholerae y es responsable de los efectos perniciosos de deshidratación que resultan de la infección por cólera. La inhibición de su actividad constituye una aproximación prometedora para prevenir la infección y todavía existe la necesidad de encontrar inhibidores específicos de alta eficacia.

El cólera es aún una amenaza global a la salud pública y, particularmente, un indicador de las desigualdades todavía existentes en el planeta relacionadas con la falta de desarrollo social en muchos países.

“Nuestro estudio se centra en la subunidad B de la toxina puesto que es la responsable de asociarse específicamente al receptor en la membrana de la célula que va a ser infectada (denominado gangliósido GM1). La toxina es una proteína, es decir, una macromolécula con una gran superficie para interactuar con otras moléculas, y en una parte pequeña de dicha superficie existe un espacio cóncavo, ‘un hueco’, en el que se aloja específicamente el gangliósido receptor de las células infectadas. Esto se denomina el ‘sitio de unión’ y su geometría está adaptada a la molécula que se asocia en dicho sitio (el gangliósido GM1, en el caso de la toxina del cólera). En trabajos previos de otros grupos de investigación, el diseño de moléculas (inhibidores) para su asociación eficaz en dicho sitio se basó en la existencia de 2 áreas (subsitios) dentro del sitio de unión, tal y como se había revelado por cristalografía de rayos-X. Sin embargo, en nuestro trabajo, con la nueva metodología, hemos descubierto que el sitio de unión es más flexible de lo que se pensaba y que, de hecho, existe un tercer subsitio que es dinámico, es decir, es un ‘hueco’ en la superficie de la proteína que está abriéndose y cerrándose continuamente, y que se estabiliza en su forma abierta cuando se añade una molécula diseñada para asociarse a dicho subsitio, esto se denomina ‘sitio de unión críptico’, explica el profesor de la Universidad de Sevilla Jesús Angulo.

El cólera es aún una amenaza global a la salud pública y, particularmente, un indicador de las desigualdades todavía existentes en el planeta relacionadas con la falta de desarrollo social en muchos países. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS) las estimaciones indican que cada año se dan entre 1.3 y 4 millones de casos de cólera en el mundo, con hasta 143.000 fallecimientos por año.

Desde un punto de vista amplio, esta nueva aproximación abre un camino interesante en el diseño genérico de nuevos fármacos para muchas otras enfermedades, puesto que permite descubrir y caracterizar estos subsitios ‘crípticos’ en proteínas terapéuticas que podrían utilizarse para encontrar moléculas más eficaces en su asociación con dichas proteínas.

“Nuestra previsión es que las técnicas que estamos desarrollando tendrán mucha aplicabilidad en las etapas iniciales del desarrollo de fármacos, tanto en laboratorios académicos como industriales, cuando los primeros potenciales fármacos identificados (mediante técnicas denominadas de cribado) tienen todavía asociaciones relativamente débiles con la proteína terapéutica; dichas asociaciones débiles son difíciles de estudiar por muchas técnicas biofísicas (en particular, la cristalografía de rayos-X), pero son ideales para la aplicación de nuestras metodologías de resonancia magnética nuclear, y la US dispone de excelente instrumental de resonancia magnética de alta resolución que se puede considerar, en algunos equipos concretos, estar a la vanguardia en nuestro país”, añade este investigador.

Este estudio se ha realizado en los laboratorios de Resonancia Magnética Nuclear y Espectrometría de Masas del Centro de Investigación, Tecnología e Innovación de la Universidad de Sevilla (CITIUS) así como en el laboratorio de Resonancia Magnética Nuclear de la Universidad de East Anglia en el Reino Unido (School of Pharmacy), en el grupo de investigación que el profesor de la Universidad de Sevilla Jesús Angulo mantiene en dicha universidad como Profesor Honorario. El grupo de investigación Química de Biomoléculas y Análogos dirigido por la catedrática de la US Inmaculada Robina, sintetizó en el laboratorio las moléculas necesarias para esta investigación.

Referencia bibliográfica:

Exploring Multi‐Subsite Binding Pockets in Proteins: DEEP‐STD NMR Fingerprinting and Molecular Dynamics Unveil a Cryptic Subsite at the GM1 Binding Pocket of Cholera Toxin B. Serena Monaco, Samuel Walpole, Hassan Doukani, Ridvan Nepravishta, Macarena Martínez‐Bailén, Ana T. Carmona, Javier Ramos‐Soriano, Maria Bergström, Inmaculada Robina y Jesus Angulo. Publicado en Chemistry European Journal 25 May 2020