Diseño, síntesis y caracterización polifarmacológica de azaheterociclos y carbociclos híbridos de tirosina con acción antidiabética

RESUMEN La diabetes mellitus tipo 2 (DM2) es una enfermedad metabólica caracterizada por hiperglucemia crónica y transcurre con enfermedades concomitantes tales como las cardiovasculares, ceguera, nefrotoxicidad, entre otras. En este proyecto se abordaron dianas farmacológicas que convergen tanto en la diabetes como en enfermedades ateroscleróticas y retinopatía. El receptor PPAR y la enzima PTP-1B participan mejorando la sensibilidad a la insulina disminuyendo los niveles de glucosa en sangre, mientras que el receptor PPARα favorece la reducción de los niveles de triglicéridos en plasma y el metabolismo de ácidos grasos, disminuyendo las complicaciones cardiovasculares. Se ha descrito una amplia variedad de compuestos de tipo ácido carboxílico como ligandos de estas dianas. Con base en lo anterior, se diseñaron 5 moléculas (M1 – M5) basadas en el armazón de tirosina e hibridizadas con diferentes azaheterociclos y carbociclos consideradas como estructuras privilegiadas, que puedan actuar sobre PTP-1B, PPARα y PPAR de manera simultánea, a lo cual se le conoce como polifarmacología. La actividad inhibitoria de los 5 compuestos sobre la enzima PTP-1B fue realizada en ensayos in vitro. Los compuestos M1 y M3 mostraron una concentración inhibitoria media (CI50) de 44+/- 3.0 μM respectivamente. De estos dos candidatos, solo el compuesto M1 mostró actividad dual al aumentar alrededor de 8 y 10 veces los niveles de expresión de RNAm de PPARα y su proteína de expresión FATP1 más que el adipocito sin tratamiento (línea celular 3T3-L1) respectivamente y alrededor de 8 y 2.5 veces los niveles de expresión de RNAm de PPAR y su proteína de expresión GLUT4 más que el adipocito sin tratamiento (línea celular 3T3-L1) respectivamente, mostrando una mejor activación que los fármacos de referencia (pioglitazona y fenofibrato) respectivamente. Así mismo, el compuesto M1 administrado por vía oral (100mg/kg), en un modelo murino de diabetes no insulinodependiente logró disminuir hasta un 50% los niveles de glucosa en plasma a partir de la primera hora manteniendo este efecto sostenido durante las 7 horas que duró el experimento, presentando un efecto antihiperglucémico más que un efecto hipoglucémico en un ensayo oral de tolerancia a la glucosa. Se realizaron estudios in silico de acoplamiento molecular (Docking) de los compuestos más activos (M1 y M3) con estructuras cristalizadas de humano de las diferentes dianas terapéuticas (enzima PTP1-B y los receptores PPARα y PPAR) obtenidas de Protein Data Bank (PDB) (PDB code: 4Y14, 1K74 y 1K7L, respectivamente) presentando ambos compuestos (M1 y M3) buenas interacciones de tipo puente de hidrógeno con los mismo aminoácidos que presentan los ligandos cocristalizados.

ABSTRACT Diabetes mellitus type 2 (DM2) is a metabolic disease characterized by chronic hyperglycemia and occurs with concomitant diseases such as cardiovascular, blindness, nephrotoxicity, among others. This project addressed pharmacological targets that converge in both diabetes and atherosclerotic diseases and retinopathy. The PPAR receptor and the PTP-1B enzyme participate in improving insulin sensitivity by decreasing blood glucose levels, while the PPARα receptor improvement the reduction of plasma triglyceride levels and fatty acid metabolism, decreasing complications cardiovascular. A wide variety of carboxylic acid type compounds have been described as ligands for these targets. Based on the above, 5 molecules (M1 - M5) based on the tyrosine framework and hybridized with different azaheterocycles and carbocycles considered as privileged structures were designed, which can act on PTP-1B, PPARα and PPAR simultaneously, which is known as polypharmacology. The inhibitory activity of the 5 compounds on the PTP-1B enzyme was carried out in in vitro tests. Compounds M1 and M3 showed an average inhibitory concentration (IC50) of 44 +/- 3.0 μM respectively. Of these two candidates, only the compound M1 showed dual activity by increasing (about 8 and 10 times) the levels of mRNA expression of PPARα and its expression protein FATP1 more than the adipocyte without treatment (cell line 3T3-L1) respectively and (about 8 and 2.5 times) the expression levels of PPAR mRNA and its GLUT4 expression protein more than the untreated adipocyte (cell line 3T3-L1) respectively. Showing a better activation than the reference drugs (pioglitazone and fenofibrate) respectively. Also, compound M1 administered orally (100 mg / kg), in a non-insulin dependent diabetes mellitus murine model, decreased plasma glucose levels by 50% from the first hour, maintaining this effect sustained during the 7 hours of the experiment, presenting an antihyperglycemic effect more than a hypoglycemic effect in an oral glucose tolerance test (OGTT). Docking assays were performed in order to gain insight the possible binding mode of the most active compounds (M1 and M3) with the enzyme PTP1-B and the receptors PPARα and PPAR, these compounds were docked with a crystallographic structure of human (PDB code: 4Y14, 1K74 and 1K7L, respectively) obtained from the Protein Data Bank (PDB), presenting both compounds (M1 and M3) hydrogen bridge-type interactions with the same amino acids as the co-crystallized ligands.