La metilación del DNA es una modificación epigenética que consiste en la adición de un grupo metilo al carbono en la posición 5 de residuos de citosina. Este proceso es mediado por una familia de enzimas llamadas DNA metiltransferasas (DNMTs). Durante la replicación celular, DNMT1 es responsable de duplicar los patrones de metilación del DNA y es esencial en el desarrollo de mamíferos y el crecimiento de células cancerosas. 5-Aza- y 5-aza-2'-deoxicitidina son inhibidores de DNMTs con propiedades anticancerígenas y están aprobados para su uso clínico para el tratamiento de mielodisplasia. Sin embargo, estos fármacos tienen problemas de toxicidad, inestabilidad química y baja biodisponibilidad. Esto ha promovido la búsqueda de otras moléculas que actúen como inhibidores de DNMTs pero que no se incorporen al DNA. Los productos naturales y moléculas obtenidas por síntesis y disponibles comercialmente en quimiotecas especializadas, son una excelente fuente de información para identificar moduladores de DNMTs que puedan tener aplicación clínica como epi-fármacos. A la fecha, se han descrito algunos productos naturales y otros compuestos de origen sintético como inhibidores de DNMTs. Algunos de ellos se han encontrado con la ayuda de métodos computacionales. La HIPÓTESIS de este proyecto es que los productos naturales y compuestos en quimiotecas enfocadas contienen estructuras químicas diversas y novedosas con probabilidad de ser inhibidores de DNMTs. Estas características, aunadas al conocimiento de relaciones estructura-actividad de inhibidores de DNMTs conocidos y a la información disponible de las estructuras tridimensionales de DNMTs, permitirán identificar a nuevos inhibidores de estas enzimas mediante la combinación de filtrado computacional y pruebas biológicas. Para probar esta hipótesis, los tres OBJETIVOS ESPECÍFICOS de este proyecto son: (1) Cuantificar la diversidad estructural, contenido de núcleos base, distribución de propiedades fisicoquímicas y ADME/Tox de quimiotecas enfocadas en DNMTs y disponibles comercialmente. La estrategia para alcanzar este objetivo es utilizar métodos de quimionformática implementados en la aplicación web libre PUMA "Platform for Unified Molecular Analysis"; (2) Seleccionar compuestos químicos de quimiotecas enfocadas, y de bibliotecas de productos naturales con alta probabilidad de mostrar actividad inhibitoria de DNMTs. La estrategia para alcanzar este objetivo es emplear metodologías de filtrado computacional incluyendo la aplicación web "Epigenetic Target Profiler" y métodos de similitud y acoplamiento molecular; (3) Identificar compuestos que muestren actividad biológica como inhibidores enzimáticos de DNMTs e inhibidores de la metilación de ADN. La estrategia para alcanzar este objetivo es realizar ensayos de inhibición enzimática de DNMT1 de los productos naturales y compuestos de quimiotecas enfocadas seleccionados en el objetivo 2. Además, se realizarán ensayos de citotoxicidad y en pruebas para medir su capacidad de inhibir la metilación de ADN global en la línea celular de carcinoma hepatocelular Hep3B. Se espera que los resultados de este proyecto tengan un impacto positivo en la salud pública de México y otros países al implementar una estrategia quimionformática para la selección de compuestos que permita enfocar los recursos experimentales en un grupo delimitado de compuestos con la posible actividad desmetilante deseada y acelerar el proceso de desarrollo de fármacos epigenéticos. Finalmente, se prevé que los resultados de ese proyecto, por medio de la formación de recursos humanos y generación de material para la Red Universitaria de Aprendizaje, contribuirán al desarrollo de la quimioinformática en México.
Las DNA metiltransferasas (DNMTs) son blancos moleculares de relevancia para el tratamiento de varios tipos de cáncer y otras enfermedades relacionadas con alteraciones epigenéticas. Su importancia creciente en el campo de diseño de fármacos han promovido que al menos cinco empresas químicas internacionales hayan diseñado y hecho accesible comercialmente, quimiotecas “enfocadas” en DNMT, es decir que tienen una alta probabilidad de tener actividad inhibitoria de DNMTs pero que no ha sido evaluadas experimentalmente. Aún hay un número limitado de inhibidores de DNMTs que se han caracterizado y validado directamente como inhibidores de estas enzimas. A pesar de que hay varios compuestos que han mostrado actividad desmetilante, incluyendo productos naturales, muchos de ellos se han identificado en forma fortuita. Es por esto que es necesario y novedoso evaluar en forma sistemática la actividad potencial que representa la vasta área del espacio químico que cubren los productos naturales y las bibliotecas enfocadas o especializadas en DNMTs. Este proyecto es innovador porque propone la evaluación sistemática, primero en forma computacional (in silico) seguida de pruebas experimentales, de quimiotecas especializadas en DNMTs y de productos naturales como inhibidores de DNMTs. El proyecto también es innovador porque se evaluará la base de datos BIOFACQUIM que es una colección construida y curada en la Facultad de Química de la UNAM de productos naturales aislados y caracterizados en México. Como estrategia de la evaluación in silico se empleará la aplicación web libre “Epigenetic Target Profiler”, también desarrollada en la Facultad de Química de la UNAM con apoyo financiero de la DGAPA.
El proyecto es relevante científicamente porque aportará nuevos inhibidores de una de las dianas epigenéticas más importantes de interés terapéutico. También generará nuevo conocimiento sobre el reconocimiento molecular entre moléculas pequeñas de origen natural o sintéticas (y disponibles comercialmente) con las DNMTs. Así mismo, este proyecto tiene un impacto potencial en la salud pública de México y otros países al implementar una estrategia quimionformática para la selección de compuestos que permita enfocar los recursos experimentales en un grupo delimitado de compuestos con la posible actividad desmetilante deseada. Se espera que esta estrategia acelere el proceso de desarrollo de fármacos epigenéticos.
Al incorporar al proyecto y graduar a alumnos(as) de Licenciatura y Posgrado se contribuirá a la formación de recursos humanos. Se espera que los resultados del proyecto estimulen a otros estudiantes en la UNAM y en México para aprender técnicas quimioinformáticas integradas con estudio de productos naturales y pruebas de actividad biológica que son ampliamente usadas en la industria y centros de investigación públicos y privados.
La difusión de los resultados de esta propuesta en artículos en revistas internacionales e indizadas, así como la difusión en webinars y material para la Red Universitaria de Aprendizaje, dará a la comunidad científica información para continuar desarrollando compuestos como posibles epi-fármacos.