Desarrollo de nuevos inhibidores de Rho GTPasas con actividad antitumoral mediante un screening virtual basado en docking

Abstract

La vía de señalización de las Rho GTPasas cumple un rol fundamental en la regulación de múltiples procesos celulares. La activación aberrante de Rac1, un miembro de la familia de las Rho GTPasas, está asociado con tumorigénesis, progresión tumoral y metástasis en diferentes tipos tumorales. Particularmente, la vía de Rac1 se encuentra sobreexpresada e hiperactivada en diferentes tipos de cáncer, incluyendo al carcinoma mamario agresivo y al glioblastoma. Es por esto que la vía de Rac1 es considerada como un blanco molecular interesante. Tomando como punto de partida la estructura tridimensional de la proteína Rac1 y un subset de 250.000 estructuras tridimensionales de compuestos tipo droga de la base de datos libre ZINC, se llevó adelante un screening virtual basado en docking. A partir de dicho experimento in silico, se identificaron una serie de compuestos que posiblemente presentaban afinidad por el sitio de interacción de Rac1 con sus activadores tipo GEF. Se seleccionaron 11 compuestos del screening in silico y se evaluaron in vitro, identificando al Hit1 (ZINC69391) como el candidato más interesante para posterior desarrollo. En primer lugar, se evaluó el compuesto en modelos de carcinoma mamarios agresivos. Se observó que ZINC69391 fue capaz de inhibir la interacción de Rac1 con su activador tipo GEF Tiam1, llevando a la inhibición de la activación de Rac1 mediada por EGF, uno de los factores de crecimiento que activan esta vía de señalización, sin interferir con la activación de la GTPasa íntimamente relacionada Cdc42. Se observó que ZINC69391 fue capaz de inhibir la proliferación, la migración celular y arrestar el ciclo celular en fase G1 de células de carcinoma mamario agresivas. Además, ZINC69391 mostró tener efecto antimetastásico in vivo en un modelo murino singénico. Con el objetivo de optimizar el compuesto, a partir de ZINC69391 se diseñaron racionalmente y se sintetizaron una serie de análogos. Se identificó a un análogo más activo denominado 1A-116. El compuesto 1A-116 fue capaz de inhibir la interacción de Rac1 con P-Rex1, un GEF clave para la progresión de tumores mamarios, y logró inhibir la activación de Rac1 a concentraciones menores que el compuesto parental sin afectar la activación de Cdc42 en el modelo de carcinoma mamario. Mostró una mayor actividad antitumoral y antimetastásica in vivo en un modelo murino singénico. Por otro lado, también se evaluó el compuesto ZINC69391 en células de glioblastoma, mostrando que es capaz de interferir la interacción de Rac1 con otro GEF específico relacionado directamente con la agresividad de glioblastomas en pacientes, denominado Dock180. ZINC69391 inhibió la activación de Rac1 en respuesta a EGF en células de glioblastoma humano y también la fosforilación de Pak1, un efector importante de Rac1. ZINC69391 mostró inhibir la proliferación celular, arrestar el ciclo celular en fase G1 y gatillar un efecto proapoptótico. ZINC69391 bloqueó la migración e invasión celular a través de la modulación del citoesqueleto de actina, eventos claves para la patogénesis de este tipo tumoral. En un modelo intracraneal xenogénico murino el tratamiento diario con 20 mg/kg/dia de ZINC69391 vía i.p logró un aumento significativo en la sobrevida de los animales en comparación con el grupo control. También evaluamos el efecto del análogo 1A-116 en células de glioblastoma humano y fue más potente que el compuesto parental, presentando una mayor actividad antiproliferativa y antiinvasiva. Estos nuevos inhibidores de Rac1 desarrollados son capaces de modular diferentes eventos celulares mediados por esta GTPasa y podrían ser utilizados como una estrategia novedosa para el tratamiento de tumores en los cuales Rac1 cumple un rol importante. Los compuestos muestran una gran potencialidad de aplicación en la clínica para el manejo terapéutico de diferentes tipos tumorales, tales como el carcinoma mamario agresivo y el glioblastoma.