P-glicoproteína Humana y Resistencia a Múltiples drogas. Estudio computacional del complejo P-gp/tariquidar

GABRIEL J. JARA, D. MARIANO. A. VERA, ADRIANA. B. PIERINI,

Tandil, Argentina

Congreso; XV Congreso Argentino de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2007

AAIFQ, Asociación Argentina de Investigación en Físicoquimica

La resistencia humana a múltiples drogas (Multidrug resistance, MDR) es un problema crucial para una efectiva quimioterapia contra el cáncer. La p-Glicoproteína (P-gp), un transportador ABC,[1-3] promueve el proceso de extrusión de citotoxinas más estrechamente relacionado con la MDR en células tumorales. Por esta razón, se han invertido considerables esfuerzos en el desarrollo de inhibidores efectivos de la P-gp, conocidos como moduladores de MDR. El tariquidar es un modulador de MDR de tercera generación actualmente en desarrollo que ha sido sujeto tanto de investigaciones experimentales como modelado teórico, basado en relaciones estructura-actividad (QSAR).[1] Sin embargo, existen escollos importantes para el diseño de moduladores basados en QSAR, puesto que la P-gp reconoce una amplia variedad de sustratos estructuralmente poco relacionados entre sí y posee múltiples binding sites. MDR) es un problema crucial para una efectiva quimioterapia contra el cáncer. La p-Glicoproteína (P-gp), un transportador ABC,[1-3] promueve el proceso de extrusión de citotoxinas más estrechamente relacionado con la MDR en células tumorales. Por esta razón, se han invertido considerables esfuerzos en el desarrollo de inhibidores efectivos de la P-gp, conocidos como moduladores de MDR. El tariquidar es un modulador de MDR de tercera generación actualmente en desarrollo que ha sido sujeto tanto de investigaciones experimentales como modelado teórico, basado en relaciones estructura-actividad (QSAR).[1] Sin embargo, existen escollos importantes para el diseño de moduladores basados en QSAR, puesto que la P-gp reconoce una amplia variedad de sustratos estructuralmente poco relacionados entre sí y posee múltiples binding sites. Multidrug resistance, MDR) es un problema crucial para una efectiva quimioterapia contra el cáncer. La p-Glicoproteína (P-gp), un transportador ABC,[1-3] promueve el proceso de extrusión de citotoxinas más estrechamente relacionado con la MDR en células tumorales. Por esta razón, se han invertido considerables esfuerzos en el desarrollo de inhibidores efectivos de la P-gp, conocidos como moduladores de MDR. El tariquidar es un modulador de MDR de tercera generación actualmente en desarrollo que ha sido sujeto tanto de investigaciones experimentales como modelado teórico, basado en relaciones estructura-actividad (QSAR).[1] Sin embargo, existen escollos importantes para el diseño de moduladores basados en QSAR, puesto que la P-gp reconoce una amplia variedad de sustratos estructuralmente poco relacionados entre sí y posee múltiples binding sites.binding sites. Se requiere comprender el mecanismo de acción la P-gp para poder de desarrollar una estrategia racional de inhibición. A tal fin, los principales desafíos son: identificar el binding siteracional de inhibición. A tal fin, los principales desafíos son: identificar el binding site más importante y describir las interacciones proteína-modulador relevantes.[2] En este trabajo, presentamos un modelo estructural de complejo P-gp/tariquidar obtenido mediante docking molecular empleando distribución de cargas Amber98 para la proteína y cargas ajustadas al potencial electrostático del modulador obtenido de cálculos de primeros principios (DFT, geometrías a nivel BLYP/6-31+G(d,p)). Se exploró todo el dominio transmembrana (fig. 1) y se construyó el complejo con la estructura del aducto más estable, hallado en la interfaz entre las a-hélices 2 y 11. La ubicación obtenida está de acuerdo con estudios experimentales recientes[3] que postulan este sitio como clave para iniciar el proceso de extrusión. La comparación de simulaciones de dinámica molecular clásica con este aducto, la enzima libre y aductos en otros binding sites identificados previamente[2b] revelan el rol de este sitio, describen el cambio conformacional concomitante con el ligado y caracterizan las interacciones más relevantes con el modulador. Se identificaron las características estructurales del ligando, que le confieren actividad moduladora en base a estas simulaciones, lo que puede contribuír al diseño racional de nuevos moduladores. 1. Globisch C., Pajeva I.K., Wiese M. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. . A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240.J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. este sitio, describen el cambio conformacional concomitante con el ligado y caracterizan las interacciones más relevantes con el modulador. Se identificaron las características estructurales del ligando, que le confieren actividad moduladora en base a estas simulaciones, lo que puede contribuír al diseño racional de nuevos moduladores. 1. Globisch C., Pajeva I.K., Wiese M. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. . A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240.J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. estudios experimentales recientes[3] que postulan este sitio como clave para iniciar el proceso de extrusión. La comparación de simulaciones de dinámica molecular clásica con este aducto, la enzima libre y aductos en otros binding sites identificados previamente[2b] revelan el rol de este sitio, describen el cambio conformacional concomitante con el ligado y caracterizan las interacciones más relevantes con el modulador. Se identificaron las características estructurales del ligando, que le confieren actividad moduladora en base a estas simulaciones, lo que puede contribuír al diseño racional de nuevos moduladores. 1. Globisch C., Pajeva I.K., Wiese M. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. . A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240.J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. este sitio, describen el cambio conformacional concomitante con el ligado y caracterizan las interacciones más relevantes con el modulador. Se identificaron las características estructurales del ligando, que le confieren actividad moduladora en base a estas simulaciones, lo que puede contribuír al diseño racional de nuevos moduladores. 1. Globisch C., Pajeva I.K., Wiese M. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. . A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240.J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. cargas ajustadas al potencial electrostático del modulador obtenido de cálculos de primeros principios (DFT, geometrías a nivel BLYP/6-31+G(d,p)). Se exploró todo el dominio transmembrana (fig. 1) y se construyó el complejo con la estructura del aducto más estable, hallado en la interfaz entre las a-hélices 2 y 11. La ubicación obtenida está de acuerdo con estudios experimentales recientes[3] que postulan este sitio como clave para iniciar el proceso de extrusión. La comparación de simulaciones de dinámica molecular clásica con este aducto, la enzima libre y aductos en otros binding sites identificados previamente[2b] revelan el rol de este sitio, describen el cambio conformacional concomitante con el ligado y caracterizan las interacciones más relevantes con el modulador. Se identificaron las características estructurales del ligando, que le confieren actividad moduladora en base a estas simulaciones, lo que puede contribuír al diseño racional de nuevos moduladores. 1. Globisch C., Pajeva I.K., Wiese M. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. . A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240.J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. este sitio, describen el cambio conformacional concomitante con el ligado y caracterizan las interacciones más relevantes con el modulador. Se identificaron las características estructurales del ligando, que le confieren actividad moduladora en base a estas simulaciones, lo que puede contribuír al diseño racional de nuevos moduladores. 1. Globisch C., Pajeva I.K., Wiese M. Bioorganic &Medicinal Chemistry 2006, 14, 1588-1598 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. Pharm. 1999, 56, 791.b) Vera D.M.A, Soldano G. Pierini A.B.,2006 Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. Human multi-drug resistance enzyme MRP1 and its modulators. A computational Study. Redactado. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 3. T. W. Loo, C. Barlett, D. M. Clarke, J. Biol. Chem. 2004, 279, 18232-18240. 2. a) Ecker G, Huber M., Schmid D., Chiba P. Mol. 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