Descubrimiento de compuestos líderes basado en fragmentos

El descubrimiento de compuestos líderes basado en fragmentos ( FBLD ), también conocido como descubrimiento de fármacos basado en fragmentos ( FBDD ), es un método utilizado para encontrar compuestos líderes como parte del proceso de descubrimiento de fármacos . Los fragmentos son pequeñas moléculas orgánicas de tamaño reducido y bajo peso molecular. ^{[ 1 ]} Se basa en la identificación de pequeños fragmentos químicos que pueden unirse débilmente al objetivo biológico , y luego cultivarlos o combinarlos para producir un compuesto líder con mayor afinidad. El FBLD se puede comparar con el cribado de alto rendimiento (HTS). En el HTS, se utilizan bibliotecas con hasta millones de compuestos, con pesos moleculares de alrededor deSe examinan compuestos de 500 Da  y se buscan afinidades de unión nanomolares. En contraste, en la fase inicial de FBLD, se pueden examinar bibliotecas con unos pocos miles de compuestos con pesos moleculares de alrededor de 200 Da, y se pueden considerar útiles las afinidades milimolares. ^{[ 2 ]} FBLD es una técnica que se utiliza en la investigación para descubrir nuevos inhibidores potentes . ^{[ 1 ]} Esta metodología podría ayudar a diseñar fármacos multiobjetivo para múltiples enfermedades. El enfoque de inhibidores multiobjetivo se basa en el diseño de un inhibidor para múltiples objetivos. Este tipo de diseño de fármacos abre nuevas vías polifarmacológicas para descubrir terapias innovadoras y efectivas. Las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer (EA) y el Parkinson, entre otras, también muestran etiopatogenias bastante complejas. Los inhibidores multiobjetivo son más apropiados para abordar la complejidad del EA y pueden proporcionar nuevos fármacos para controlar la naturaleza multifactorial del EA, deteniendo su progresión. ^{[ 3 ]}

De forma análoga a la regla de los cinco , se ha propuesto que los fragmentos ideales deberían seguir la «regla de los tres» ( peso molecular < 300, ClogP < 3, el número de donadores y aceptores de enlaces de hidrógeno debe ser < 3 y el número de enlaces rotables debe ser < 3). ^{[ 4 ]} Dado que los fragmentos tienen una afinidad relativamente baja por sus objetivos, deben tener una alta solubilidad en agua para poder analizarlos a concentraciones más altas.

En el descubrimiento de fármacos basado en fragmentos, las bajas afinidades de unión de estos fragmentos plantean importantes desafíos para su cribado. Se han aplicado numerosas técnicas biofísicas para abordar este problema. En particular, los métodos de resonancia magnética nuclear (RMN) de observación de ligando, como la espectroscopia de gradiente de observación de ligando de agua (waterLOGSY), ^{[ 5 ]} la espectroscopia de diferencia de transferencia de saturación (STD-RMN), la espectroscopia de RMN ^{de 19} F y la espectroscopia de efecto Overhauser entre ligandos (ILOE), ^{[ 6 ] [ 7 ]} los métodos de RMN de observación de proteínas, como la coherencia cuántica simple heteronuclear ¹ H- ¹⁵ N (HSQC) que utiliza proteínas marcadas isotópicamente , ^{[ 8 ]} la resonancia de plasmones superficiales (SPR), ^{[ 9 ]} la calorimetría de titulación isotérmica (ITC) ^{[ 10 ]} y la termoforesis a microescala (MST) ^{[ 11 ]} se utilizan de forma rutinaria para la detección de ligandos y para la cuantificación de la afinidad de unión de fragmentos a la proteína objetivo. En las modernas líneas de luz de sincrotrón para cristalografía de rayos X, se pueden obtener varios cientos de conjuntos de datos de estructuras cristalinas de complejos proteína-ligando en 24 horas. Esta tecnología posibilita el cribado de fragmentos cristalográficos , es decir, el uso directo de la cristalografía de rayos X para la etapa de cribado de fragmentos. ^{[ 12 ]}

Una vez identificado un fragmento (o una combinación de fragmentos), se utiliza la cristalografía de rayos X de proteínas para obtener modelos estructurales de los complejos proteína- fragmento(s) . ^{[ 13 ] [ 14 ]} Dicha información puede utilizarse posteriormente para guiar la síntesis orgánica de ligandos proteicos de alta afinidad e inhibidores enzimáticos. ^{[ 15 ]}

Existen varias ventajas al analizar bibliotecas basadas en fragmentos de bajo peso molecular en comparación con las bibliotecas químicas tradicionales de mayor peso molecular . ^{[ 16 ]} Estas incluyen:

• Se obtienen ligandos más hidrofílicos en los que es más probable que los enlaces de hidrógeno contribuyan a la afinidad ( unión impulsada por la entalpía ). Generalmente, es mucho más fácil aumentar la afinidad añadiendo grupos hidrofóbicos ( unión impulsada por la entropía ); comenzar con un ligando hidrofílico aumenta las probabilidades de que el ligando final optimizado no sea demasiado hidrofóbico (log P < 5).
• Mayor eficiencia del ligando para que el ligando final optimizado tenga más probabilidades de tener un peso molecular relativamente bajo (PM < 500).
• Dado que en teoría se pueden combinar dos o tres fragmentos para formar un ligando optimizado, examinar una biblioteca de fragmentos de N compuestos es equivalente a examinar N ² - N ³ compuestos en una biblioteca tradicional.
• Es menos probable que los fragmentos contengan grupos que impidan el correcto funcionamiento mediante impedimentos estéricos y que interfieran con una interacción ligando-proteína que, de otro modo, sería favorable, lo que aumenta aún más la ventaja combinatoria de una biblioteca de fragmentos.

• Similar a las drogas
• Química combinatoria dinámica dirigida por proteínas
• La regla de los cinco de Lipinski

• Descargue aquí un ejemplo de una biblioteca basada en fragmentos (4532 compuestos, archivo SD comprimido).