Introducción:
El virus del HIV, agente causal del Síndrome de la Inmunodeficiencia Adquirida (SIDA), pertenece a la familia de los retrovirus, por lo que su genoma está codificado por ácido ribonucleico (ARN). En el ciclo viral existe una enzima muy importante que es la Transcriptasa Reversa (TR), convirtiéndose ésta en un blanco para la terapia contra este virus.
El presente trabajo se centra en el diseño racional de nuevos derivados pertenecientes a la familia de los Inhibidores No Nucleosídicos de la Transcriptasa Reversa (INNTR), para lo cual utilizaremos distintas estrategias computacionales, midiendo por ejemplo los potenciales electrostáticos moleculares (PEM) que nos permitirán observar características de la estructura cristalográfica.
Además, para observar como evolucionan las interacciones con el tiempo, también se realizará dinámica molecular. Estos estudios nos permitirán identificar interacciones cruciales entre el sitio de unión en la TR y los correspondientes INNTR.
Así, se pretende optimizar las interacciones en el sitio de unión de la TR, mejorando la capacidad de inhibirla, obteniendo así las bases estructurales que nos guiarán hacia el diseño de nuevos INNTR más potentes.
Metodología
Las estructuras cristalográficas de los ligandos estudiados (Figura 1) fueron extraídas del Protein Data Bank. A dichas estructuras se le adicionaron los átomos de hidrógeno y se procedió a minimizar la posición de los mismos, empleando primero métodos semiempíricos (AM1) y luego métodos ab initio (HF/3-21G). Cabe destacar que solamente se minimizaron los hidrógenos porque se desea mantener las coordenadas atómicas de la molécula tal cual como se encuentra en la cristalografía. Una vez optimizada la posición de los hidrógenos se realizó un cálculo single point con un método DFT (B3LYP/6-31G(d)) para determinar los correspondientes potenciales electrostáticos. Para la realización de todos estos cálculos se utilizó el software Gaussian 98 y para su visualización se empleó Molekel.
También se realizaron estudios de dinámica molecular de los complejos TR-INNTR para tener una idea mas acabada de la importancia de algunas de las interacciones en función del tiempo. Para ello se simuló el complejo 1FK9 (TR-Efavirenz) durante 500 picosegundos en presencia de solvente explícito. Para estos estudios se empleó el paquete Amber 8.
Las actividades biológicas de los correspondientes derivados fueron extraídos de bibliografía y están contempladas en la Tabla 1.
Resultados:
Se pudo observar en los gráficos de PEM, que a pesar de la heterogeneidad estructural de los derivados estudiados (Figura 1), poseen un patrón electrostático que se repite sobre un grupo funcional que se conserva. Este grupo funcional se puede visualizar en el Figura 2 (donde X pude ser un O o un S) y que para mayor comodidad, a nivel explicativo, dividiremos en dos subgrupos: el grupo HN- y el grupo ?C=X. Es interesante observar que el potencial electrostático sobre el grupo funcional HN-, es positivo (Tabla 1), de hecho, fue el más positivo de toda la molécula en todos los derivados estudiados. Por ende, al tener ese hidrógeno una pobre densidad electrónica será un buen donor de enlace ?puente hidrógeno?. Por otra parte el grupo funcional -C=X posee un potencial electrostático negativo en todos los derivados estudiados (Tabla 1), o sea que tiene una alta densidad electrónica por lo que se convierte en un aceptor de enlace ?puente hidrógeno?. De hecho, en la cristalografía, las distancias entre estos grupos funcionales y el residuo Lisina101 de la TR están en el orden de los 2 Å para todos los derivados estudiados.
Para estudiar la existencia de las mencionadas interacciones en el tiempo, se realizó la simulación de dinámica molecular, tomado como referencia al Efavirenz (Figura 1). Se observó que luego de 500 picosegundos de simulación, las dos interacciones de ?puente hidrógeno? entre los grupos funcionales anteriormente mencionados y la TR se mantienen en el tiempo. Como era previsible estas interacciones ocurren con el residuo que estaba más cercano a estos grupos funcionales (Lisina101), el cual es parte del sitio de unión ya conocido para los INNTR.2
Conclusiones:
Si bien los derivados estudiados son estructuralmente muy heterogéneos, todos poseen actividad (in vitro) como inhibidores de la TR. Esto se puede explicar considerando que existen homologías estructurales entre ellos las cuáles no son evidentes a primera vista.
Una de estas características son las interacciones por ?puente hidrógeno? que establecen los grupos NH- y -C=X, las cuáles se conservan en la serie de derivados analizados. Es de esperar entonces que estos grupos funcionales sean parte del farmacóforo de esta familia de compuestos.
Por todo lo mencionado hasta el momento podemos decir que para el diseño de futuros derivados, con una mayor actividad que los INNTR incluidos en este estudio, se deberán realizar modificaciones moleculares, de modo de aumentar el potenciales positivos y negativos sobre los grupos H-N- y -C=X respectivamente, para así fortalecer los enlaces ?puente hidrógeno?.
Cabe mencionar que la metodología aquí utilizada puede y será utilizada para reconocer otras interacciones de importancia entre la TR y los INNTR, con el fin de obtener derivados con actividades biológicas maximizadas y mejorar así la terapia actual contra el virus del HIV.
