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Glicorandomización

Glicorandomización , es una plataforma tecnológica para el descubrimiento y desarrollo de fármacos que permite la rápida diversificación de pequeñas moléculas bioactivas, fármacos líderes y/o fármacos aprobados mediante la unión de azúcares. Inicialmente desarrollado como un método sencillo para manipular sustituciones de carbohidratos de glucósidos naturales para obtener las correspondientes bibliotecas de productos naturales glicosilados diferencialmente, [1] [2] [3] las aplicaciones de glicorandomización se han expandido para incluir tanto moléculas pequeñas (fármacos principales y fármacos aprobados) como incluso macromoléculas ( proteínas ). [4] También conocida como "glicodiversificación", [5] la glicorandomización ha llevado al descubrimiento de nuevos análogos de glucósidos que muestran mejoras en potencia, selectividad y/o ADMET en comparación con la molécula original.

Clasificación

El método tradicional para unir azúcares a productos naturales, medicamentos o fármacos es mediante glicosilación química . Este enfoque clásico generalmente 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 glicorandomización son divergentes ( es decir , divergen de un material de partida común, ver síntesis divergente ) y no dependen de la protección/desprotección del azúcar/ aglicona ni de la activación anomérica del azúcar. Se han desarrollado dos estrategias complementarias para lograr la glicorandomización/diversificación: una estrategia basada en enzimas denominada "glicorandomización quimioenzimática" y un método quimioselectivo conocido como "neoglicorandomización". Ambos métodos comienzan con azúcares reductores libres y una aglicona objetivo para generar una biblioteca de compuestos que se diferencian únicamente por los azúcares añadidos al producto natural, fármaco o fármaco principal objetivo.

Glicorandomización quimioenzimática

La glicorandomización quimioenzimática se inspiró en los primeros trabajos de ingeniería de vías de Hutchinson y sus compañeros de trabajo 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 glicorandomización 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 La azúcar quinasa correspondiente [7] y la nucleotidiltransferasa [8] [9] se expandieron 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 quimioselectivamente en virtud de la instalación de azúcares con mangos quimioselectivos. [10] [11] [12] Esta plataforma enzimática ha avanzado aún más a través de la evolución de la glicosiltransferasa [13] y aprovechando el descubrimiento de la reversibilidad de las reacciones catalizadas por glicosiltransferasa descubiertas por primera vez en el contexto de la biosíntesis de caliqueamicina . [14] [15]

Neoglicorandomización

La neoglicorandomización es un método de glicodiversificación 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 intermedio de oxiiminio para finalmente proporcionar el neoglucósido de anillo cerrado termodinámicamente más favorecido. La reacción de neoglicosilación es compatible con una amplia gama de funcionalidades de sacáridos y agliconas donde la estereoespecificidad anomérica de los neoglucósidos está impulsada termodinámicamente. Es importante destacar que los estudios estructurales y funcionales revelan que los neoglucósidos sirven como buenos imitadores de sus comparadores O -glucosídicos. La primera prueba de concepto de neoglicorandomización se centró en la digitoxina, donde la generación rápida y la detección de citotoxicidad de líneas celulares cancerosas de 78 neoglucósidos de digitoxigenina revelaron análogos únicos con actividad anticancerígena mejorada y potencial reducido de cardiotoxicidad. [17] Desde entonces, esta plataforma ha sido automatizada y utilizada como una herramienta química medicinal eficaz para modular las propiedades de una variedad de productos naturales y fármacos . [18]

Comparación

Tanto la glicorandomización quimioenzimática como la neoglicorandomización utilizan azúcares reductores libres y agliconas desprotegidas y, por lo tanto, constituyen 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, nucleotidiltransferasas y/o glicosiltransferasas permisivas para aplicaciones de biología sintética in vivo para permitir la glicorandomización in vivo. [19] Sin embargo, es importante tener en cuenta 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 mango de alcoxilamina. A diferencia del enfoque enzimático, la estereoselectividad anomérica del método quimioselectivo depende del azúcar reductor utilizado y, en algunos casos, puede conducir a mezclas anoméricas.

Usos

La glicorandomización se utiliza en la industria farmacéutica y la comunidad académica para alterar los patrones de glicosilación de productos naturales que contienen azúcar o para añadir azúcares a fármacos/clientes potenciales de fármacos. Proporciona una manera rápida de investigar el efecto de la modificación sutil del azúcar en las propiedades farmacológicas de los productos naturales análogos, [20] , ofreciendo así un nuevo enfoque para el descubrimiento de fármacos.

Referencias

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  2. ^ Langenhan, JM; Griffith, BR; Thorson, JS (noviembre de 2005). "Neoglicorandomización y glicorandomización quimioenzimática: dos herramientas complementarias para la diversificación de productos naturales". Revista de Productos Naturales . 68 (11): 1696–711. doi : 10.1021/np0502084. PMID  16309329.
  3. ^ Griffith, BR; Langenhan, JM; Thorson, JS (diciembre de 2005). "Productos naturales 'endulzantes' mediante glicorandomización". Opinión actual en biotecnología . 16 (6): 622–30. doi :10.1016/j.copbio.2005.10.002. PMID  16226456.
  4. ^ Gantt, RW; Peltier-Pain, P; Thorson, JS (octubre de 2011). "Métodos enzimáticos para glico(diversificación/aleatorización) de fármacos y moléculas pequeñas". Informes de productos naturales . 28 (11): 1811–53. doi :10.1039/c1np00045d. PMID  21901218.
  5. ^ Thibodeaux, CJ; Melançon, CE; Liu, HW (26 de abril de 2007). "Biosíntesis de azúcares inusuales y glicodiversificación de productos naturales". Naturaleza . 446 (7139): 1008–16. Código Bib : 2007Natur.446.1008T. doi : 10.1038/naturaleza05814. PMID  17460661. S2CID  4404027.
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