DESCUBRIMIENTO Y DISEÑO DE DROGAS

1. DESCUBRIMIENTO Y DISEÑO DE DROGAS • El desarrollo de un nuevo fármaco es un proceso largo y muy costoso: • -Alta actividad • -Respuesta adecuada in vivo • -Efectos colaterales mínimos • -Mejor que terapias existentes • Primer paso: compuestos guía o líderes (lead compounds) • Segundo paso: modificación del compuesto guía para mejorar selectividad, potencia y bio-disponibilidad -- compuestos candidatos a droga Técnicas de Modelado Molecular y Bioinformática -> Diseño racional de drogas

2. QM y MM: propiedades electrónicas y conformacionales • Simulación y análisis conformacional: muestreo del espacio conformacional y cálculo de energías libres de unión • La mayoría de las drogas ejercen su acción interaccionando con macromoléculas: • -enzimas • -DNA • -receptores proteicos y glicoproteínas • Interacciones no enlazantes y/o covalentes • Drogas: agonistas, antagonistas o agonistas inversos • Estudio de grado de complementaridad entre el ligando y el sitio de unión (superficies moleculares) • Importancia de información estructural sobre el receptor (SBDD): Métodos de predicción estructural x-ray /NMR

3. Uso de farmacóforos • Farmacóforo: conjunto de características comunes a una serie de moléculas activas (modelo abstracto) • Ejemplos: aceptor y dador de H, grupos cargados, grupos hidrofóbicos. • Grupos farmacofóricos: conj. de átomos que forman parte del farmacóforo • Farmacóforos 3D: especifican las relaciones espaciales entre los grupos (distancias, ángulos, etc.) • Mapeo farmacofórico: determinar posibles farmacóforos 3D para series de compuestos • Farmacóforos alternativos: cuál se ajusta mejor a los datos? • Supuesto: todas las moléculas se unen de forma similar a la macromolécula - determinación de grupos farmacofóricos comunes y orientados de manera similar en el espacio (análisis y búsqueda conformacional)

4. Docking molecular • Objetivo: intentar predecir estructuras de complejos intermoleculares (ligando-receptor) buscando configuraciones de binding favorables • Identificación de modos de unión de ligandos/inhibidores (generación de poses) • Evaluación de conformaciones (scoring) • Tipos de docking: • Manual • -Uso de gráficos computacionales interactivos • -Conocimiento de modos de unión de ligandos similares • -Desventaja: ligandos similares pueden adoptar modos de unión distintos • Automático • -Consideran muchas más posibilidades • -Sistemáticos • -No sesgados

5. Algoritmos: • Rígidos: • -ligando y receptor rígidos • -sólo consideran los grados de libertad de rotación y traslación • Flexibles: • -consideran todos los grados de libertad del ligando (receptor rígido en general) • -uso de métodos comunes de búsqueda conformacional: • -búsqueda sistemática y aleatoria • -Monte Carlo (conformaciones por azar y criterio de aceptación) • -Algoritmos genéticos (cromosomas codifican orientación en el receptor) • -distancegeometry, simulatedannealing • Dinámica Molecular: • -mejor forma de incorporar flexiblidad • -costoso • -baja capacidad de identificar todos los modos de unión

6. Algoritmo de DOCK • Búsqueda de moléculas con alto grado de complementaridad de forma con receptor • Procedimiento: • 1) Generación de imagen negativa del sitio de unión a partir de la superficie molecular (conjunto de esferas solapantes de distinto radio) • 2) Matcheo (cliques) de átomos de ligando con centros de esferas • 3) Orientación del ligando en el sitio por LSQ fit y chequeo de orientación • 4) Minimización energética y scoring • 5) Vuelta al paso 2

7. 2)Algoritmo de AutoDock • Docking flexible: ligando libre y proteína rígida • Procedimiento: • 1) Construcción de grid-maps en la cavidad proteica. Se crea una grilla por cada tipo de átomo que exista en el ligando (C, N, O, S, H) con información del campo electrostático y las interacciones no polares • 2) Definición de diedros rotables en el ligando • 3) Generación de conformación en el sitio activo por medio de: • -Monte Carlo/SA • -Algoritmo genético Lamarckiano • 4) Scoring de conformación • 5) Vuelta al paso 3 • Se calcula también la energía libre de unión

8. 3)Algoritmo de MOE • Docking flexible: ligando libre y proteína rígida • Procedimiento: • 1) Análisis conformacional: modificación de diedros del ligando por métodos sistemáticos (ligandos pequeños) o métodos aleatorios (ligandos grandes) • 2) Ubicación (placement): generación de pose en el sitio de unión usando estrategias similares a las de DOCK (matcheo de átomos de ligando y esferas en el sitio de unión): • -Alpha triangle • -Triangle matcher • -Proxy triangle • -Alpha PMI • 3) Filtrado farmacóforico (opcional): filtrado de la pose encontrada utilizando información farmacofórica previa. Se eliminan poses que no cumplan con los lineamientos del farmacóforo

9. 3)Algoritmo de MOE 4) Scoring: evaluación energética de la pose obtenida. Distintas funciones de scoring: -London DG -Affinity DG -Alpha HB scoring 5) Refinamiento: minimización energética de la pose dentro del sitio manteniendo el receptor fijo: -Refinado por force field -Refinado por grilla (gridmin) 6) Re-scoring: las mismas funciones de scoring del paso 4 se utilizan para puntuar la conformación obtenida en el paso 5 7) Vuelta al paso 2

10. Otros programas de docking: -Affinity (Accelrys) -FlexX (algoritmo de construcción incremental) -Fred (rígido) -Gold (ligando + sitio activo flexible) -Surflex -Glide (virtual screening)