Nucleósidos acíclicos como inhibidores de las enzimas timidilato quinasa de Mycobacterium tuberculosis y timidina quinasa 2

Résumé

INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS Hasta hace muy pocos años, la tuberculósis en los países desarrollados se asociaba a pandemias de siglos precedentes. Sin embargo a comienzos del siglo XXI se estima que dos mil millones de personas pueden estar infectadas por la bacteria Mycobacterium tubercolósis. Una de las razones del resurgir de la tuberculósis se puede atribuir al propio tratamiento. La terapia actual presenta una efectividad limitada causada por su larga duración y los efectos adversos asociados a los fármacos hoy disponibles. Esto hace que un mal seguimiento en le tratamiento o la supresión del mismo antes de los estipulado de lugar a la aparición de cepas multirresistentes (MDR-TB y MXR-TB). Con el fin de mejorar la situación actual, se están realizando numerosos esfuerzos en la búsqueda de nuevos fármacos útiles frente a la tuberculosis, y en particular se investiga en la idetificación de nuevas dianas farmacológicas. Un ejemplo de nueva diana la constituye la enzima timidilato quinasa de Mycobacterium tuberculósis (TMPKmt).Esta enzima se considera crucial para la replicación del material genético del bacilo. Además sus notables diferencias respecto a la enzima homóloga humana (TMPKh), convierten a TMPKmt en una diana atractiva y selectiva, y diferente de las dianas explotadas hasta el momento. Por otra parte, existe un interés creciente en el estudio de la síntesis del ADN mitocondrial en humanos, ya que cada vez es mayor el número de patologías donde el ADN mitocondrial está afectado. Una de las enzimas implicadas en proporcionar los niveles necesarios de nucleósidos trifosfatos para la síntesis del ADN mitocondrial es la enzima timidina quinasa 2 (TK2). Cada vez es más evidente la importancia de TK2 en el mantenimiento de los niveles de timidina 5'-trifosfato necesarios para la síntesis el ADN mitocondrial, por lo que los inhibidores de esta enzima supone una herramienta para ayudar a esclarecer en qué tipo de células y en qué fases del ciclo celular TK2 es especialmente relevante. En base a estos antecedentes, los objetivos de la Memoria son la obtención de inhibidores de la enzima TMPKmt a partir del cabeza de serie 2-(4-(timin-1-il)butil)-1H-benzo[de]isoquinolina-1,3(2H)-diona obtenido de la evaluación de nucleósidos acíclicos, previamente sintetizados en el propio grupo de investigación, frente a la enzima TMPKmt, y la obtención de análogos de 1-[6-(trifenilmetoxi)hexil]timina, el inhibidor más activo desarrollado hasta el momento frente a la enzima TK2. DESARROLLO DEL TRABAJO Y METODOLOGÍA La presente Tesis Doctoral se ha estructurado en dos Capítulos. En el primer capítulo se ha llevado a cabo el diseño y síntesis de nucleósidos acíclicos estructuralmente relacionados con cabeza de serie 2-(4-(timin-1-il)butil)-1H-benzo[de]isoquinolina-1,3(2H)-diona. Con el fin de llevar a cabo modificaciones sistemáticas en el compuesto prototipo se han distinguido tres fragmentos: base nucléica, espaciador y extremo distal. La evaluación de los compuestos sintetizados se ha llevado a cabo paralelamente a la síntesis, condicionado el diselo y síntesis de las nuevas series de compuestos, en lo que es un claro ejemplo de proyecto en Química Médica. Dentro de este capítulo, y en colaboración con otros grupos, también se ha llevado la caracterización del modo de unión de los compuestos al sitio activo de la enzima TMPKmt, con la ayuda de modelado molecular así como la evaluación in vitro frente a la replicación del patógeno. El segundo Capítulo se centra en el diseño, síntesis y evaluación enzimática frente a la enzima TK2 de nuevos análogos del compuesto prototipo 1-[6-(trifenilmetoxi)hexil]timina. Las modificaciones que se han llevado a cabo en el compuesto prototipo han consistido en la introducción de heteroátomos en el espaciador así como la incorporación de sustituyentes en el extremo distal. La metodología utilizada en el presente trabajo, encuadrada dentro del Área de Química Médica, ha consistido en la síntesis, purificación e identificación de los compuestos mediante técnicas habituales en Química Orgánica; así como la interpretación de los datos biológicos con el objeto de determinar la potencialidad terapéutica de los mismos. APORTACIONES DE CARÁCTER GENÉRICO O EXPERIMENTAL Desde el punto de vista de la Química Médica los aspectos más significativos de esta Memoria son: 1. Se han sintetizado y caracterizado nuevas familias de nucleósidos acíclicos que mejoran notablemente la afinidad del compuesto patrón 2-(4-(timin-1-il)butil)-1H-benzo[de]isoquinolina-1,2(2H)-diona por la enzima TMPKmt. El trabajo desarrollado ha permitido obtener compuestos hasta 100 veces más potentes que el compuesto patrón frente a la diana TMPKmt y además ha permitido establecer los requisitos necesarios dentro de estos nucleósidos acíclicos para la interacción con TMPKmt. Estos compuestos son los inhibidores más potentes descritos frente a la diana TMPKmt. 2. Se han puesto a punto una ruta de síntesis que han permitido acceder a los compuestos objetivo en sólo dos pasos de reacción y con altos rendimientos, y que dada su versatilidad ha permitido sustituir el anillo de 1H-benzo[de]isoquinolina-1,3(2H)-diona del compuesto prototipo por otros anillos bioisósteros. 3. Se ha optimizado la ruta de síntesis para la obtención del heterociclo 5,6-dihidro-1H-imidazo[4,5,1-ij]quinolin-2(4H)-ona, donde se ha llevado a cabo la incorporación de grupos amino en las posiciones 5 y 8 del heterociclo, siendo para este último la única ruta descrita hasta el momento. 4. Se han sintetizado y caracterizado nuevos inhibidores de la enzima timidina quinasa 2 análogos al compuesto 1-[6-(trifenilmetoxi)hexil]timina. Especial mención requiere la incorporación de restos catiónicos en el extremo distal O-tritilo que mantienen la actividad inhibitoria frente a la enzima TK2, y son excelentes candidatos para estudios posteriores que exploren si dichos cationes lipófilos pueden acceder al interior de la mitocondría, finalidad con la que han sido sintetizados.