La glicorandomización es una plataforma tecnológica de descubrimiento y desarrollo de fármacos que permite la diversificación rápida de pequeñas moléculas bioactivas, fármacos líderes y/o fármacos aprobados mediante la unión de azúcares. Inicialmente desarrollada como un método sencillo para manipular las sustituciones de carbohidratos de los glicósidos naturales para proporcionar las correspondientes bibliotecas de productos naturales glicosilados diferencialmente, [1] [2] [3] las aplicaciones de la glicorandomización se han expandido para incluir tanto moléculas pequeñas (fármacos líderes y fármacos aprobados) como incluso macromoléculas ( proteínas ). [4] También conocida como 'glicodiversificación', [5] la glicorandomización ha llevado al descubrimiento de nuevos análogos de glicósidos que muestran mejoras en potencia, selectividad y/o ADMET en comparación con la molécula original.
El método tradicional para unir azúcares a productos naturales, fármacos o fármacos precursores es mediante glicosilación química . Este enfoque clásico normalmente requiere múltiples pasos de protección/desprotección además de la reacción clave de activación/acoplamiento anomérico que, dependiendo del par donante/aceptor de glicosilo, puede conducir a una mezcla de anómeros . A diferencia de la glicosilación química clásica, los métodos de glicoaleatorización son divergentes ( es decir , divergen de un material de partida común, véase síntesis divergente ) y no dependen de la protección/desprotección de azúcar/ aglicona o de la activación anomérico de azúcar. Se han desarrollado dos estrategias complementarias para lograr la glicoaleatorización/diversificación: una estrategia basada en enzimas denominada "glicoaleatorización quimioenzimática" y un método quimioselectivo conocido como "neoglicoaleatorización". Ambos métodos comienzan con azúcares reductores libres y un aglicón objetivo para proporcionar una biblioteca de compuestos que difieren únicamente por los azúcares añadidos al producto natural, fármaco o fármaco precursor objetivo.
La glicoaleatorización quimioenzimática se inspiró en el trabajo de ingeniería de vías tempranas de Hutchinson y colaboradores que sugirieron que las glicosiltransferasas de productos naturales eran capaces de utilizar donantes de nucleótidos de azúcar no nativos. [6] La plataforma inicial para la glicoaleatorización quimioenzimática se basó en un conjunto de dos enzimas de activación de azúcar altamente permisivas (una quinasa anomérica de azúcar y una nucleotidiltransferasa de azúcar-1-fosfato ) para proporcionar bibliotecas de nucleótidos de azúcar como donantes para estas glicosiltransferasas promiscuas donde la permisividad de la quinasa de azúcar correspondiente [7] y la nucleotidiltransferasa [8] [9] se expandió mediante ingeniería enzimática y evolución dirigida . La primera aplicación de esta estrategia de tres enzimas (quinasa, nucleotidiltransferasa y glicosiltransferasa) permitió el producto de un conjunto de >30 vancomicinas glicosiladas diferencialmente , algunos de los cuales se diversificaron aún más de manera quimioselectiva en virtud de la instalación de azúcares que llevan asas quimioselectivas. [10] [11] [12] Esta plataforma enzimática ha avanzado aún más a través de la evolución de la glicosiltransferasa [13] y capitalizando el descubrimiento de la reversibilidad de las reacciones catalizadas por la glicosiltransferasa descubiertas por primera vez en el contexto de la biosíntesis de caliqueamicina . [14] [15]
La neoglicorandomización es un método de glucodiversificación quimioselectiva inspirado en la reacción de "neoglicosilación" basada en alcoxiamina descrita por primera vez por Peri y Dumy. [16] Esta reacción procede a través de un intermediario de oxiiminio para finalmente proporcionar el neoglicósido de anillo cerrado más favorecido termodinámicamente. La reacción de neoglicosilación es compatible con una amplia gama de funcionalidades de sacáridos y agliconas donde la estereoespecificidad anomérica del neoglicósido es impulsada termodinámicamente. Es importante destacar que los estudios estructurales y funcionales revelan que los neoglicósidos sirven como buenos imitadores de sus comparadores O -glicosídicos. La primera prueba de concepto de neoglicorandomización se centró en la digitoxina , donde la generación rápida y el cribado de citotoxicidad de líneas celulares cancerosas de 78 neoglicósidos de digitoxigenina revelaron análogos únicos con una actividad anticancerígena mejorada y un potencial reducido de cardiotoxicidad. [17] Desde entonces, esta plataforma se ha automatizado y se ha utilizado como una herramienta de química medicinal eficaz para modular las propiedades de una variedad de productos naturales y fármacos farmacéuticos . [18]
Tanto la glicorandomización quimioenzimática como la neoglicorandomización utilizan azúcares reductores libres y agliconas desprotegidas y, por lo tanto, son un avance notable con respecto a los métodos de glicosilación clásicos. Una ventaja notable del enfoque enzimático es el uso de los genes correspondientes que codifican las quinasas permisivas, nucleotidiltransferasas y/o glicosiltransferasas para aplicaciones de biología sintética in vivo para lograr la glicorandomización in vivo. [19] Sin embargo, es importante señalar que la plataforma enzimática depende de la permisividad de las enzimas empleadas. Por el contrario, el principal obstáculo para la neoglicorandomización quimioselectiva es la instalación del control de alcoxilamina. A diferencia del enfoque enzimático, la estereoselectividad anomérica del método quimioselectivo depende del azúcar reductor utilizado y puede, en algunos casos, conducir a mezclas anoméricas.
La glicorandomización se utiliza en la industria farmacéutica y en la comunidad académica para alterar los patrones de glicosilación de productos naturales que contienen azúcar o para añadir azúcares a fármacos o compuestos farmacológicos. Proporciona una forma rápida de investigar el efecto de la modificación sutil del azúcar en las propiedades farmacológicas de los análogos de productos naturales, [20] lo que ofrece un nuevo enfoque para el descubrimiento de fármacos.