Descubrimiento de pistas basado en fragmentos

El descubrimiento de compuestos líderes basado en fragmentos ( FBLD ), también conocido como descubrimiento de fármacos basado en fragmentos ( FBDD ), es un método utilizado para encontrar compuestos líderes como parte del proceso de descubrimiento de fármacos . Los fragmentos son pequeñas moléculas orgánicas de tamaño pequeño y bajo peso molecular. ^[1] Se basa en la identificación de pequeños fragmentos químicos, que pueden unirse solo débilmente al objetivo biológico , y luego cultivarlos o combinarlos para producir un compuesto líder con una mayor afinidad. El FBLD se puede comparar con el cribado de alto rendimiento (HTS). En el HTS, se criban bibliotecas con hasta millones de compuestos, con pesos moleculares de alrededor de 500 Da , y se buscan afinidades de unión nanomolares. Por el contrario, en la fase temprana del FBLD, se pueden cribar bibliotecas con unos pocos miles de compuestos con pesos moleculares de alrededor de 200 Da, y las afinidades milimolares pueden considerarse útiles. ^[2] El FBLD es una técnica que se utiliza en la investigación para descubrir nuevos inhibidores potentes . ^[1] Esta metodología podría ayudar a diseñar fármacos multidiana para múltiples enfermedades. El enfoque de inhibidores multidiana se basa en el diseño de un inhibidor para múltiples dianas. Este tipo de diseño de fármacos abre nuevas vías polifarmacológicas para descubrir terapias innovadoras y efectivas. Las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer (EA) y el Parkinson, entre otras, también muestran etiopatologías bastante complejas. Los inhibidores multidiana son más apropiados para abordar la complejidad de la EA y pueden proporcionar nuevos fármacos para controlar la naturaleza multifactorial de la EA, deteniendo su progresión. ^[3]

En analogía con la regla de cinco , se ha propuesto que los fragmentos ideales deberían seguir la "regla de tres" ( peso molecular < 300, ClogP < 3, el número de donantes y aceptores de enlaces de hidrógeno cada uno debería ser < 3 y el número de enlaces rotables debería ser < 3). ^[4] Dado que los fragmentos tienen una afinidad relativamente baja por sus objetivos, deben tener una alta solubilidad en agua para que puedan examinarse en concentraciones más altas.

En el descubrimiento de fármacos basado en fragmentos, las bajas afinidades de unión de los fragmentos plantean desafíos significativos para la selección. Se han aplicado muchas técnicas biofísicas para abordar este problema. En particular, los métodos de resonancia magnética nuclear (RMN) de observación de ligando, como la espectroscopia de gradiente de agua-ligando observado (waterLOGSY), la espectroscopia de diferencia de transferencia de saturación (STD-RMN), la espectroscopia de RMN ^{de 19} F y la espectroscopia de efecto Overhauser entre ligandos (ILOE), ^{[5] [6]} los métodos de RMN de observación de proteínas , como la coherencia cuántica simple heteronuclear ¹ H- ¹⁵ N (HSQC) que utiliza proteínas marcadas isotópicamente , ^[7] la resonancia de plasmón superficial (SPR), ^[8] la calorimetría de titulación isotérmica (ITC) ^[9] y la termoforesis a microescala (MST) ^[10] se utilizan rutinariamente para la selección de ligandos y para la cuantificación de la afinidad de unión de fragmentos a la proteína objetivo. En las líneas de luz sincrotrón de cristalografía de rayos X modernas, se pueden obtener varios cientos de conjuntos de datos de estructuras cristalinas de complejos proteína-ligando en 24 horas. Esta tecnología hace posible el cribado cristalográfico de fragmentos, es decir, el uso de la cristalografía de rayos X directamente para el paso de cribado de fragmentos. ^[11]

Una vez que se ha identificado un fragmento (o una combinación de fragmentos), se utiliza la cristalografía de rayos X de proteínas para obtener modelos estructurales de los complejos proteína-fragmento(s). ^{[12] [13]} Dicha información se puede utilizar luego para guiar la síntesis orgánica de ligandos proteicos de alta afinidad e inhibidores de enzimas. ^[14]

Las ventajas de la selección de bibliotecas basadas en fragmentos de bajo peso molecular en comparación con las bibliotecas químicas tradicionales de mayor peso molecular son varias. ^[15] Estas incluyen:

• Más enlaces hidrófilos en los que es más probable que los enlaces de hidrógeno contribuyan a la afinidad ( enlace impulsado por entalpía ). En general, es mucho más fácil aumentar la afinidad agregando grupos hidrófobos ( enlace impulsado por entrópica ); comenzar con un ligando hidrófilo aumenta las probabilidades de que el ligando optimizado final no sea demasiado hidrófobo (log P < 5).
• Mayor eficiencia del ligando , de modo que el ligando optimizado final probablemente tendrá un peso molecular relativamente bajo (PM < 500).
• Dado que en teoría se pueden combinar dos o tres fragmentos para formar un ligando optimizado, examinar una biblioteca de fragmentos de compuestos N es equivalente a examinar compuestos N ² - N ^{3 en una biblioteca tradicional.}
• Es menos probable que los fragmentos contengan grupos bloqueantes estéricamente que interfieran con una interacción ligando-proteína que de otro modo sería favorable, lo que aumenta aún más la ventaja combinatoria de una biblioteca de fragmentos.

• Parecido a una droga
• Química combinatoria dinámica dirigida a proteínas
• La regla de cinco de Lipinski

• Descargue un ejemplo de una biblioteca basada en fragmentos aquí (4532 compuestos, archivo SD comprimido)