Un equipo integrado por científicos do Centro de Regulación Xenómica de Barcelona (CRG) e do Instituto Wellcome Sanger en Cambridge, Reino Unido, investigou de maneira exhaustiva os sitios de control alostérico da proteína KRAS.
Estes sitios representan dianas terapéuticas moi valiosas para o desenvolvemento de fármacos, xa que constitúen vulnerabilidades secretas que poden ser utilizadas para controlar os efectos dunha das causas máis importantes dos tumores.
O estudo, que presenta o primeiro mapa de control completo obtido ata o de agora para calquera proteína, publicouse este luns na revista Nature.
KRAS é un dos xenes que máis mutacións sofre en cancros de moitos tipos. Atópase en un de cada dez cancros humanos, cunha maior prevalencia en tipos severos como os de páncreas e pulmón.
A proteína á que dá lugar comparouse coa ‘Estrela da Morte’ do universo ‘Star Wars’ pola súa forma esférica e a súa impenetrabilidade, xa que carece dun bo sitio na súa superficie para ser regulada con fármacos. Por esta razón, KRAS foi historicamente considerada ‘inabordable’ desde o seu descubrimento en 1982.
A chave que controla a molécula
A única estratexia eficaz para controlar KRAS foi atacar o seu sistema de comunicación alostérico: sinais moleculares que funcionan a través dun mecanismo de ‘control remoto’ de chave e fechadura.
Para controlar unha proteína, necesítase unha chave (un composto químico ou fármaco) que poida abrir unha fechadura (sitio activo). As proteínas tamén poden ser controladas por unha fechadura secundaria (sitio alostérico) situada noutra parte da súa superficie.
Cando unha molécula se une a un sitio alostérico, provoca un cambio na forma da proteína, o que pode alterar a súa actividade ou a súa capacidade para unirse a outras moléculas, por exemplo, cambiando a estrutura interna da fechadura principal.
Para o desenvolvemento de fármacos prefírese aos sitios alostéricos, xa que ofrecen maior especificidade, reducindo a probabilidade de efectos secundarios. Tamén poden cambiar a actividade dunha proteína de maneira máis sutil, ofrecendo o potencial de axustar a súa función con control intelixente. Os fármacos que se dirixen a sitios alostéricos adoitan ser máis seguros e efectivos en comparación cos fármacos que se dirixen a sitios activos.
Con todo, os sitios alostéricos son difíciles de detectar. Tras catro décadas de investigación, decenas de miles de publicacións científicas e máis de 300 estruturas publicadas de KRAS, só dous fármacos foron aprobados para uso clínico: sotorasib e adagrasib. Os fármacos funcionan ao unirse a unha cavidade adxacente ao sitio activo, inducindo un cambio conformacional alostérico na proteína que impide a súa activación.
“Levou décadas producir un fármaco efectivo contra KRAS, en parte porque nos faltaban ferramentas para identificar sitios alostéricos a gran escala, o que significa que estabamos a buscar dianas terapéuticas diana a cegas. Neste estudo demostramos un novo enfoque para mapear sitios alostéricos sistematicamente en proteínas enteiras. Para o propósito de descubrir fármacos, é como acender as luces e expoñer as moitas maneiras en que podemos controlar unha proteína”, explica André Faure, experto no Centro de Regulación Xenómica (CRG) e coautor do estudo.
Dianas prometedoras
Os autores do estudo mapearon os sitios alostéricos utilizando unha técnica chamada escaneo mutacional profundo. Crearon máis de 26.000 variacións da proteína KRAS, cambiando só un ou dous aminoácidos á vez. O equipo verificou como estas diferentes variacións de KRAS se unían a outras seis proteínas, incluíndo aquelas críticas para que KRAS provoque cancro. Os investigadores utilizaron software de intelixencia artificial para analizar os datos, detectar alosterismo e identificar a localización de sitios terapéuticos coñecidos e novos.
“O punto forte do noso método é a súa escalabilidade. Neste traballo realizamos máis de 22.000 medicións biofísicas, un número comparable co total feito para todas as proteínas antes de que se puidesen aproveitar os avances en metodoloxías de secuenciación e sínteses de ADN. Isto é unha aceleración enorme e demostra o poder e potencial do noso método”, expón Chenchun Weng, primeiro autor do estudo e investigador posdoutoral no CRG.
A técnica mostrou que KRAS ten moitos máis sitios alostéricos do esperado. As mutacións nestes sitios inhiben interaccións esenciais para a función de KRAS, suxerindo que é posible inhibir amplamente a súa actividade. Algúns destes sitios alostéricos son de particular interese, xa que se atopan en catro cavidades diferentes, cada unha facilmente accesible na superficie da proteína, polo cal representan dianas terapéuticas prometedoras para futuros fármacos. Os autores do estudo destacan unha en particular, a ‘cavidade 3’, como particularmente interesante. Esta cavidade está situada lonxe do sitio activo de KRAS e por tanto recibiu moi pouca atención por parte das empresas farmacéuticas.
Os investigadores tamén atoparon que pequenas alteracións en KRAS poden cambiar drasticamente as súas interaccións, facendo que a proteína prefira unhas máis ca outras. Isto ten implicacións importantes porque podería conducir ao desenvolvemento de novas estratexias para controlar a actividade anormal de KRAS sen prexudicar a súa función normal en tecidos non cancerosos. Conservar as versións normais de KRAS significa menos efectos secundarios e tratamentos máis seguros e efectivos. Esta información tamén podería ser útil para explicar como se comporta KRAS en varios escenarios, o cal podería ser clave para determinar o seu papel en diferentes tipos de cancro.
Novo esquema para o ‘inabordable’
O estudo proporciona o primeiro mapa completo de sitios alostéricos obtido para unha proteína completa. A investigación mostra que, coas ferramentas e técnicas adecuadas, como as que se usaron para mapear KRAS, pódense descubrir novas vulnerabilidades para modular moitas proteínas con relevancia clínica e que historicamente se consideraron ‘inabordables’.
“O gran desafío en medicina non é saber que proteínas provocan enfermidades, senón que descoñecemos como controlalas. O noso estudo representa unha nova estratexia para atacar estas proteínas e acelerar o desenvolvemento de fármacos para controlar a súa actividade. O feito de dirixir fármacos a sitios alostéricos implica que probablemente serán máis seguros e efectivos que os que temos agora”, conclúe Ben Lehner, profesor de investigación ICREA, autor principal do traballo.
Referencia: The energetic and allosteric landscape for KRAS inhibition (Publicado en Nature)
