Diseño y evaluación computacional de LYTACS para la degradación selectiva de MMP-2 / Computational design and evaluation of LYTACS for the selective degradation of MMP-2

Los LYTACs (LYsosome TArgeting Chimeras) son una novedosa estrategia farmacológica basada en la degradación dirigida de proteínas extracelulares y transmembrana. Su mecanismo de acción se basa en la utilización de un receptor de membrana para internalizar a una proteína diana y promover su degradación lisosomal. Hasta la fecha, su desarrollo se ha basado en el uso de anticuerpos para la unión a la proteína diana, lo cual presenta ciertas desventajas desde el punto de vista farmacocinético y sintético. El objetivo de este trabajo es diseñar un LYTAC capaz de inducir la degradación selectiva de MMP-2 (LYTAC-MMP2), una metaloproteasa de la matriz que se encuentra sobreexpresada en diversos tipos de cáncer. LYTAC-MMP2 está formado por un ligando del receptor de manosa-6-fosfato independiente de cationes (CI- MPR) y un inhibidor selectivo de MMP2 previamente descrito. Se han empleado métodos computacionales de modelado por homología, docking y dinámica molecular para estudiar el receptor CI-MPR y su mecanismo de internalización, así como para la comparación del comportamiento dinámico libre en agua de un ligando de CI-MPR descrito en la bibliografía y el LYTAC-MMP2.(AU)

LYTACs (LYsosome TArgeting Chimeras) are a novel pharmacological strategy based on the targeted protein degradation of extracellular and transmembrane proteins. Their mechanism of action is based on the use of a membrane receptor to internalize a target protein and mediate its lysosomal degradation. To date, its development has been focused on the use of antibodies for target binding, which has certain disadvantages from the pharmacokinetic and synthetic point of view. The aim of this work is to design a LYTAC capable of inducing the selective degradation of MMP-2 (LYTAC-MMP2), a matrix metalloprotease that is overexpressed in many types of cancer. LYTAC-MMP2 consists of a cation-independent mannose-6-phosphate receptor (CI-MPR) ligand and a selective MMP-2 inhibitor developed by our research group. Computational methods of homology modelling, docking and molecular dynamics have been used to study the CI-MPR receptor and its internalization mechanism, as well as for the comparison of the dynamic behaviour in water of a CI-MPR ligand described in the literature and LYTAC-MMP2.(AU)

Protac: redirigiendo los sistemas de degradación de proteínas a nuevos sustratos / Protac: redirecting protein degradation systems to new substrates

Tradicionalmente el diseño de fármacos se ha basado en el diseño de moléculas pequeñas hasta la aparición de terapias basadas en ácidos nucleicos, ya sea por la modificación de ciertos genes o por impedir que las proteínas se transcriban de forma efectiva. Empleando estas nuevas aproximaciones se han podido modificar dianas que hasta el momento se consideraban inmodificables o al menos no lo podían ser por moléculas pequeñas.Sin embargo, estas nuevas aproximaciones no están carentes de limitaciones como la baja biodisponibilidad debido a su limitada estabilidad y dificultad para poder atravesar las barreras celulares. Además, en muchas ocasiones las modificaciones que generan son irreversibles con el consiguiente riesgo de padecer efectos adversos de forma crónica.Como alternativa, han surgido con fuerza una serie de compuestos quiméricos heterobifuncionales denominados PROTACs (Protein Targeting Chimeras). Estos PROTACs son capaces de mantener en la proximidad de la ligasa E3 a una proteína de interés, marcándola con ubiquitina y finalmente, promoviendo su degradación mediada por el proteasoma. Esta aproximación permite la generación de diferentes estructuras de PROTAC por diseño racional o basado en la estructura y, además, permite las modificaciones estructurales necesarias para mejorar su perfil de estabilidad y farmacocinético manteniendo su actividad.Esta revisión pretende dar una visión general de qué son los PROTACs, qué ligasas E3 se emplean por el momento, factores relevantes a la hora de desarrollar un PROTAC y otras aproximaciones similares que no emplean el proteasoma como ruta de degradación. (AU)

The small molecules development has dominated the design of new drugs until the rise of nucleic acid-based therapies, either by modifying a gene or by preventing it from being effectively transcribed. Taking advantage of this new approaches, the pharmacological intervention in therapeutic targets that are considered unmodifiable up to now with small molecules were allowed.However, these new approaches are not devoid of defects such as low bioavailability due to their stability and pharmacokinetic problems, in addition to being irreversible DNA modifications in many cases, with the subsequent risk of suffering chronic adverse effects.Alternatively, a series of chimeric heterobifunctional compounds, called PROTACs (Protein Targeting Chimeras), have emerged with force in recent years. These PROTACs are able to bring E3 ligases closer with proteins of interest in space to label them with ubiquitin. Finally, it was degraded by the proteasome. This approach enables the generation of different PROTACs structures by rational design and, also, allows the chemical structure modification to improve their stability and pharmacokinetic profile keeping their activity.This review aims to give a comprehensive approach of what PROTACs are, what E3 ligases recruit, relevant factors in PROTAC development, and other approaches similar to this but that use non-proteasomal degradation pathways. (AU)

Protac: redirigiendo los sistemas de degradación de proteínas a nuevos sustratos / Protac: redirecting protein degradation systems to new substrates

Tradicionalmente el diseño de fármacos se ha basado en el diseño de moléculas pequeñas hasta la aparición de terapias basadas en ácidos nucleicos, ya sea por la modificación de ciertos genes o por impedir que las proteínas se transcriban de forma efectiva. Empleando estas nuevas aproximaciones se han podido modificar dianas que hasta el momento se consideraban inmodificables o al menos no lo podían ser por moléculas pequeñas. Sin embargo, estas nuevas aproximaciones no están carentes de limitaciones como la baja biodisponibilidad debido a su limitada estabilidad y dificultad para poder atravesar las barreras celulares. Además, en muchas ocasiones las modificaciones que generan son irreversibles con el consiguiente riesgo de padecer efectos adversos de forma crónica. Como alternativa, han surgido con fuerza una serie de compuestos quiméricos heterobifuncionales denominados PROTACs (Protein Targeting Chimeras). Estos PROTACs son capaces de mantener en la proximidad de la ligasa E3 a una proteína de interés, marcándola con ubiquitina y finalmente, promoviendo su degradación mediada por el proteasoma. Esta aproximación permite la generación de diferentes estructuras de PROTAC por diseño racional o basado en la estructura y, además, permite las modificaciones estructurales necesarias para mejorar su perfil de estabilidad y farmacocinético manteniendo su actividad. Esta revisión pretende dar una visión general de qué son los PROTACs, qué ligasas E3 se emplean por el momento, factores relevantes a la hora de desarrollar un PROTAC y otras aproximaciones similares que no emplean el proteasoma como ruta de degradación.(AU)

The small molecules development has dominated the design of new drugs until the rise of nucleic acid-based therapies, either by modifying a gene or by preventing it from being effectively transcribed. Taking advantage of this new approaches, the pharmacological intervention in therapeutic targets that are considered unmodifiable up to now with small molecules were allowed. However, these new approaches are not devoid of defects such as low bioavailability due to their stability and pharmacokinetic problems, in addition to being irreversible DNA modifications in many cases, with the subsequent risk of suffering chronic adverse effects. Alternatively, a series of chimeric heterobifunctional compounds, called PROTACs (Protein Targeting Chimeras), have emerged with force in recent years. These PROTACs are able to bring E3 ligases closer with proteins of interest in space to label them with ubiquitin. Finally, it was degraded by the proteasome. This approach enables the generation of different PROTACs structures by rational design and, also, allows the chemical structure modification to improve their stability and pharmacokinetic profile keeping their activity. This review aims to give a comprehensive approach of what PROTACs are, what E3 ligases recruit, relevant factors in PROTAC development, and other approaches similar to this but that use non-proteasomal degradation pathways.(AU)