ANN ARBOR, Michigan.— Tomando en cuenta la naturaleza cambiante y caprichosa del ácido ribonucleico los investigadores en la Universidad de Michigan y la Universidad de California en Irvine, han desarrollado un método nuevo para la búsqueda de medicamentos que apunten a esta importante molécula. Su trabajo se describe en la edición del 26 de junio de la revista Nature Chemical Biology.

Otrora se pensó que el ARN era un transportador pasivo de información genética pero ahora se sabe que desempeña numerosos papeles vitales en la célula, y que su mal funcionamiento puede causar enfermedades. La molécula versátil también es esencial para los retrovirus tales como el virus de inmunodeficiencia humana, que no tienen ácido desoxirribonucleico y en cambio dependen del ARN para transportar, y a la vez, ejecutar las instrucciones genéticas para todo lo que el virus necesite invadir y controlar como su anfitrión. A medida que se descubren más y más vínculos con enfermedades, se intensifica la búsqueda de medicamentos que operen sobre el ARN.

La búsqueda de medicamentos, sin embargo, no es un asunto simple. La mayoría de las herramientas actuales para la búsqueda de medicamentos está diseñada para encontrar moléculas pequeñas que se enlacen con blancos en proteínas, pero el ARN no es una proteína, y difiere de las proteínas en muchos aspectos clave.

“Por eso existe una necesidad creciente de tecnologías de computadora de alta productividad que puedan identificar los compuestos que se enlazan con el ARN”, dijo Hashim M. Al-Hashimi, titular de la cátedra Robert L. Kuczkowski de Química y Profesor de Biofísica en la UM.

Al-Hashimi y sus colaboradores adaptaron una técnica computacional para el análisis virtual de colecciones de moléculas pequeñas a fin de determinar sus habilidades para enlazarse con el ARN. Con este método primero se determina la forma de la molécula blanco a la que se apunta mediante la cristalografía de rayos X, o la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN); luego los investigadores realizan simulacros por computadora que computan el grado en el cual varias moléculas pequeñas –por ejemplo posibles medicamentos—anidan en la estructura blanco y se enlazan con ella. El ARN presenta un problema mayor para este método porque no tiene simplemente una configuración: es una molécula cambiante y, dependiendo de con cuáles moléculas pequeñas se enlace, puede adquirir formas muy diferentes.

En otro tiempo se pensó que los encuentros con las moléculas medicinales eran los que causaban los cambios en la forma del ARN, y que era imposible predecir qué forma adoptaría un ARN al enlazarse con una molécula pequeña determinada. Sin embargo, en una investigación anterior Al-Hashimi y sus colegas cuestionaron este concepto convencional de “forma inducida” demostrando que el ARN, por su cuenta, puede adquirir las variadas formas que adopta cuando se enlaza con diferentes compuestos. El equipo descubrió que cada molécula medicinal simplemente “espera” a que el ARN tome su forma preferida y luego se enlaza con él.

Los trabajos previos de estos investigadores involucraron la creación de “nanopelículas” del ARN que capturan su danza de formas cambiantes. En este nuevo estudio los investigadores congelaron “marcos” individuales de las nanopelículas, cada uno de los cuatro muestra al ARN en una conformación diferente, y sometieron c a cada uno de ellos a un examen virtual. Para probar el método en el “mundo real”, primero lo probaron con compuestos que ya se sabía que se enlazaban con una molécula particular de ARN del VIH llamada TAR.

“Demostramos que mediante el examen virtual de instantáneas múltiples de la TAR podíamos predecir, dentro de un nivel útil de precisión, con qué firmeza estos compuestos distintos se enlazarían con la TR”, dijo Al-Hashim. “Pero si usábamos el método convencional y examinábamos virtualmente una sola estructura de TAR determinada por la cristalografía de rayos X o la espectroscopia de resonancia magnética nuclear, no podíamos predecir el enlace de estos medicamentos que, ahora sabemos pueden enlazarse con la TAR”.

A continuación los investigadores probaron el método para descubrir nuevos compuestos que apunten a la TAR. Analizaron aproximadamente 51.000 compuestos del Centro para Genomia Química del Instituto de Ciencias de la Vida, de la UM.

“Dentro de esta colección de compuestos relativamente pequeña terminamos identificando seis nuevas moléculas pequeñas que enlazan con la TAR y bloquean su interacción con otras moléculas virales esenciales”, dijo Al-Hashimi.

Es más: uno de los seis compuestos, llamado netilmicina, mostró una fuerte preferencia por la TAR.

“La netilmicina se enlaza específicamente con la TAR pero no con otros ARNs relacionados”, dijo el ex estudiante de grado Andrew Stelzer. “Estos resultados fueron muy satisfactorios para nosotros porque uno de los grandes problemas en el descubrimiento de compuestos medicinales apuntados al ARN es la necesidad de identificar compuestos que se enlacen con un blanco específico de ARN sin enlazarse con otros ARNs. La capacidad de la netilmicina para enlazarse específicamente con la TAR proporciona pruebas de concepto para esta nueva tecnología”.

Otros experimentos adicionales mostraron que, para las seis moléculas con potencial medicinal, el método no sólo predijo exitosamente que se enlazarían con la TAR, sino que también mostró –con precisión a nivel atómica—dónde cada compuesto se enlazaría en la molécula del ARN.

Al-Hashimi luego entregó los seis compuestos candidatos para medicamentos a David Markovitz, un profesor de enfermedades infecciosas en la Escuela de Medicina de la UM, que los probó en células T humanas cultivadas e infectadas con el VIH. El punto de este experimento era ver si los compuestos impedían que el VIH se replicara en copias de sí mismo, un paso esencial en el proceso de enfermedad.

“La netilmicna, de hecho, inhibe la replicación del VIH”, dijo Markovitz. “Este resultado demuestra que usando un espectrómetro de RMN y algunas computadoras podemos descubrir compuestos que hacen blanco en el ARN y que son activos en células humanas”.

Además de probar los compuestos en colecciones moleculares existentes, la técnica de examen virtual puede usarse para explorar el potencial de nuevos compuestos que todavía no se hayan sintetizado, dijo Al-Hashimi.

“Esto abre toda una nueva frontera para la exploración del ARN como blanco para compuestos medicinales y para descubrir nuevos compuestos que apuntan específicamente al ARN”, añadió.

Además deAl-Hashimi, Stelzer y Markovitz los autores del estudio incluyen los estudiantes de grado de la UM Mike Swanson, Marta González Hernández y Janghyun Lee; el estudiante de pregrado de la UM, Jeremy Kratz; el estudiante de grado de la UC, en Irvine, Aaron Frank, y el profesor asociado de la UC, en Irvine, Ioan Andricoaei.

La financiación provino de los Institutos Nacionales de Salud, la Corporación de Desarrollo Económico de Michigan, y Technology Tri-Corridor, de Michigan.

La tecnología operativa se ha licenciado en exclusividad a Nymirum, una compañía de descubrimiento de compuestos medicinales que tiene asociaciones con empresas farmacéuticas y médicas que se cuentan entre las 500 mayores de la revista Fortune.

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Hashim Al-Hashimi

Nature Chemical Biology

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