Los inhibidores covalentes dirigidos (TCI) o fármacos covalentes dirigidos son inhibidores diseñados racionalmente que se unen y luego se unen a sus proteínas objetivo . Estos inhibidores poseen un grupo funcional formador de enlaces de baja reactividad química que, después de unirse a la proteína objetivo, está posicionado para reaccionar rápidamente con un residuo nucleofílico próximo en el sitio objetivo para formar un enlace. [1]
En los últimos 100 años, los fármacos covalentes han tenido un gran impacto en la salud humana y han sido fármacos de gran éxito para la industria farmacéutica . [2] Estos inhibidores reaccionan con sus proteínas diana para formar un complejo covalente en el que la proteína ha perdido su función. La mayoría de estos fármacos exitosos, que incluyen penicilina , omeprazol , clopidogrel y aspirina , se descubrieron por casualidad en pruebas fenotípicas . [3]
Sin embargo, los cambios clave en los enfoques de detección, junto con las preocupaciones de seguridad, han hecho que la industria farmacéutica se muestre reacia a buscar inhibidores covalentes de manera sistemática (Liebler y Guengerich, 2005). [4] [5] Recientemente, se ha prestado considerable atención al uso del diseño racional de fármacos para crear inhibidores covalentes altamente selectivos llamados inhibidores covalentes dirigidos. [6] El primer ejemplo publicado de un fármaco covalente dirigido fue para la quinasa EGFR. [7] [8] Pero esto ahora se ha ampliado a otras quinasas [9] [6] y otras familias de proteínas. [10] [11] Aparte de las moléculas pequeñas, también se están derivando sondas covalentes de péptidos o proteínas. Mediante la incorporación de un grupo reactivo en un péptido o proteína de unión mediante modificación química postraduccional [12] o como un aminoácido no natural , [13] una proteína objetivo puede conjugarse específicamente mediante una reacción inducida por proximidad.
La unión covalente puede dar lugar a potencias y eficiencias de ligando excepcionalmente altas o, en el caso de interacciones covalentes irreversibles, incluso esencialmente infinitas. Por lo tanto, la unión covalente permite lograr de manera rutinaria una alta potencia en compuestos de baja masa molecular , junto con todas las propiedades farmacéuticas beneficiosas que se asocian con un tamaño pequeño. [14] [15]
Los inhibidores covalentes pueden diseñarse para atacar a un nucleófilo que sea único o raro en una familia de proteínas. [7] [6] [9] [16] De esta manera se garantiza que no se pueda formar un enlace covalente con la mayoría de los demás miembros de la familia. Este enfoque puede generar una alta selectividad contra proteínas estrechamente relacionadas porque, aunque el inhibidor puede unirse transitoriamente a los sitios activos de dichas proteínas, no las etiquetará covalentemente si carecen del residuo nucleofílico objetivo en la posición adecuada.
La restauración de la actividad farmacológica después de una inhibición covalente irreversible requiere la resíntesis de la proteína diana. Esto tiene consecuencias importantes y potencialmente ventajosas para la farmacodinámica de los fármacos , en la que el nivel y la frecuencia de la dosificación se relacionan con la extensión y la duración del efecto farmacológico resultante. [17]
Los inhibidores covalentes se pueden utilizar para evaluar la participación del objetivo, que a veces se puede utilizar de forma preclínica y clínica para evaluar la relación entre la dosis del fármaco y la eficacia o la toxicidad . [17] Este enfoque se utilizó para los inhibidores covalentes de Btk de forma preclínica y clínica para comprender la relación entre la dosis administrada y la eficacia en modelos animales de artritis y la ocupación del objetivo en un estudio clínico de voluntarios sanos. [18]
El diseño de fármacos covalentes requiere una optimización cuidadosa tanto de la afinidad de unión no covalente (que se refleja en K i ) como de la reactividad de la ojiva electrofílica (que se refleja en k 2 ).
El diseño inicial de los TCI implica tres pasos clave. En primer lugar, se utiliza un análisis bioinformático para identificar un aminoácido nucleofílico (por ejemplo, cisteína) que se encuentre dentro o cerca de un sitio de unión funcionalmente relevante en un fármaco diana, pero que sea poco común en esa familia de proteínas. A continuación, se identifica un inhibidor reversible cuyo modo de unión se conoce. Por último, se utilizan métodos computacionales basados en la estructura para guiar el diseño de ligandos modificados que tengan funcionalidad electrofílica y estén posicionados para reaccionar específicamente con el aminoácido nucleofílico en la proteína diana. [1]
Se han desarrollado ligandos fotoisomerizables covalentes dirigidos (fotointerruptores) para controlar de forma remota y reversible la actividad de las proteínas receptoras con luz. Se han utilizado como prótesis moleculares para restaurar la entrada visual en la retina [19] y la entrada auditiva en la cóclea a través de receptores de glutamato. [20] La conjugación de ligandos se dirige a residuos de lisina específicos a través de un mecanismo de etiquetado de afinidad.
Los programas de descubrimiento de fármacos modernos se han mostrado reticentes a considerar los inhibidores covalentes debido a problemas de toxicidad. [5] Un factor importante ha sido la toxicidad de varios fármacos de alto perfil que se cree que es causada por la activación metabólica de fármacos reversibles. [5] Por ejemplo, el acetaminofeno en dosis altas puede conducir a la formación del metabolito reactivo N-acetil-p-benzoquinona imina. Además, los inhibidores covalentes, como los antibióticos betalactámicos que contienen electrófilos débiles, pueden conducir a toxicidades idiosincrásicas (IDT) en algunos pacientes. Se ha observado que muchos inhibidores covalentes aprobados se han utilizado de forma segura durante décadas sin que se haya observado ninguna toxicidad idiosincrásica. Además, las IDT no se limitan a las proteínas con un mecanismo de acción covalente. [21] Un análisis reciente ha señalado que el riesgo de toxicidades idiosincrásicas puede mitigarse mediante dosis más bajas del fármaco administrado. Las dosis de menos de 10 mg por día rara vez conducen a IDT, independientemente del mecanismo del fármaco. [22]
A pesar de la aparente falta de atención hacia el descubrimiento de fármacos inhibidores covalentes por parte de la mayoría de las compañías farmacéuticas, hay varios ejemplos de fármacos covalentes que han sido aprobados o están progresando hacia la última etapa del desarrollo clínico.
AMG 510 de Amgen es un inhibidor covalente de KRAS p.G12C que recientemente finalizó el ensayo clínico de fase I. [23] El fármaco provocó respuestas parciales en la mitad de los pacientes evaluables con cáncer de pulmón de células no pequeñas con mutación KRAS G12C y condujo a una enfermedad estable en la mayoría de los pacientes evaluables con cáncer colorrectal (o de apéndice).
Los inhibidores de EGFR de segunda generación, Afatinib y Mobocertinib, han sido aprobados para el tratamiento del cáncer de pulmón inducido por EGFR, y Dacomitinib se encuentra en la última etapa de pruebas clínicas. Se espera que los inhibidores de EGFR de tercera generación, que se dirigen al EGFR mutante que es específico del tumor pero son selectivos contra el EGFR de tipo salvaje, conduzcan a un índice terapéutico más amplio. [24]
El inhibidor pan-ErbB Neratinib fue aprobado en los EE. UU. en 2017 y en la UE en 2018 para el tratamiento adyuvante prolongado de pacientes adultos con cáncer de mama en etapa temprana con sobreexpresión/amplificación de HER2 después de una terapia basada en trastuzumab . [25] [26]
Ibrutinib , un inhibidor covalente de la tirosina quinasa de Bruton , ha sido aprobado para el tratamiento de la leucemia linfocítica crónica , la macroglobulinemia de Waldenström y el linfoma de células del manto .
Paxlovid es un inhibidor covalente de la enzima 3CLpro (Mpro). Se encuentra en ensayos de fase III para el tratamiento temprano de pacientes infectados por SARS-CoV-2 que no han progresado a una enfermedad grave por COVID-19 y que no requieren hospitalización inmediata.
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