SciELO - Scientific Electronic Library Online

 
vol.43 número4Nuevo patrón genético de Escherichia coli O157:H7 biotipo "B" en ArgentinaEfecto de trimetazidina en la nefrotoxicidad por gentamicina índice de autoresíndice de materiabúsqueda de artículos
Home Pagelista alfabética de revistas  

Servicios Personalizados

Revista

Articulo

Indicadores

  • No hay articulos citadosCitado por SciELO

Links relacionados

Compartir


Acta bioquímica clínica latinoamericana

versión impresa ISSN 0325-2957

Acta bioquím. clín. latinoam. v.43 n.4 La Plata oct./dic. 2009

 

QUÍMICA MOLECULAR

Estudio de análogos de la sulfonanilida que actúan como supresores de la expresión de la aromatasa *

Study of sulfonanilide analogues acting as suppressants of the aromatase expression

Ricardo Vivas-Reyes1, Carlos Gueto Tettay2, Juan E Torres Castellar3

1.  Ph.D.
2.  Químico
3.  Químico Farmacéutico, Master en Química y Estudiante de doctorado en Ciencias Biomédicas

* Grupo de Química Cuántica y Teórica, Programa de Química, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Cartagena. Campus de Zaragocilla, Cartagena-Colombia

Resumen

Se realizó un estudio tridimensional cuantitativo de relación-estructura con nuevos análogos de la sulfonanilida que actúan como supresores de la expresión y actividad de la aromatasa en células de cáncer de mama, independientemente de la inhibición de la ciclooxigenasa-2 (COX-2). La superposición molecular de los ligandos en la plantilla fue llevada a cabo por el método Database Alignment. El mejor modelo estuvo constituido por la combinación de los campos estérico e hidrofóbico, los cuales arrojaron los siguientes parámetros: q2 = 0,613 con siete componentes, R2 no validado igual a 0,976, valor de F igual a 81,695; 0,347 y 0,047 para los errores estándar de predicción y estimación, respectivamente. Las contribuciones estérica e hidrofóbica fueron de 50,5 y 49,5% respectivamente. Los datos generados por el presente estudio podrían impulsar el diseño de nuevos y más potentes reguladores selectivos de la expresión de la aromatasa.

Palabras clave: Cáncer de mama; Sulfonanilida; Análisis comparativo de los índices de similaridad; Gen CYP19; Ciclooxigenasa-2; Reguladores selectivos de la expresión de la aromatasa

Summary

A three-dimensional quantitative structure-activity relationship study was performed with new Sulfonanilide analogue molecules acting as aromatase expression and activity suppressors in breast cancer cells independent of COX-2 inhibition. The molecular supression of the ligands in the grid was carried out by the DATA-BASE ALIGNMENT method. The best model formed by combining the esteric fields and hydrophobic fields yielded the following parameters: q2 = 0.613 with seven components, not validated R2 equal to 0.976, with an F value of 81.695, 0.347 and 0.047 for the standard errors of prediction and estimate, respectively. The contribution of esteric and hydrophobic fields was 50.5 and 49.5% respectively. data generated from this study may be used to design new and more potent selective aromatase expression regulators.

Key words: Breast cancer; Sulfonanilide; Comparative similarity indices analysis CYP19 gen; Ciclooxigenase-2; Selective aromatase expression regulators

Introducción

Los principales factores de riesgo del cáncer de mama están relacionados con la exposición hormonal de las pacientes. Se sabe que aproximadamente un tercio de las pacientes con cáncer de mama son positivas para el receptor de estrógeno (ER+). Este tipo de cáncer se caracteriza por contener un número significativo de receptores de estrógenos, que se requieren para el crecimiento del tumor. Además, se sabe que el factor de un tercio aumenta a dos tercios en pacientes posmenopáusicas (1).
Por muchos años han sido utilizadas dos estrategias de terapia hormonal para el tratamiento del cáncer de mama ER+: la primera consiste en bloquear el mecanismo de acción de los estrógenos por los moduladores selectivos de los receptores de estrógenos (SERMs). Los antiestrógenos compiten por la unión a los receptores de estrógenos y, de esta manera, reducen el número disponible para los estrógenos endógenos (2). La inhibición de la biosíntesis de estrógenos por los inhibidores de la aromatasa (AIs), comprende la segunda vía para atacar este problema. Esta inhibición conlleva a la disminución de los niveles de estrógenos circulantes en la sangre y en los tejidos. Estudios recientes demuestran que la tercera generación de los AIs son mucho más eficaces que el Tamoxifeno, el primer antiestrógeno utilizado como terapia hormonal en pacientes con cáncer de mama ER+ (3). Sin embargo, estos compuestos inhiben la actividad de la aromatasa en todo el cuerpo, causando efectos adversos en zonas como huesos y cerebro, donde los estrógenos son requeridos para el funcionamiento normal de los mismos (4). Como consecuencia, están siendo investigadas nuevas estrategias terapéuticas para desarrollar agentes que puedan disminuir la actividad de la aromatasa de manera selectiva en tejidos (5).
El gen CYP19 codifica el citocromo P450 aromatasa en humanos. El proceso de expresión se realiza de manera selectiva en los tejidos por el uso alternativo de ocho promotores, empleando vías y factores de trascripción diferentes (6-9). El promotor I.4, encargado del proceso en el tejido adiposo, es sustituido por los promotores I.3 y II en tejidos con cáncer de mama (10). Por lo tanto, aquellos fármacos cuyo objetivo sea la regulación de la expresión de la aromatasa son excelentes agentes quimioterapéuticos para el tratamiento del cáncer de mama ER+. Algunos estudios han demostrado que los inhibidores de la Ciclooxigenasa-1 (COX-1) y Ciclooxigenasa-2 (COX-2) pueden suprimir la actividad de la aromatasa en células de cáncer de mama SK-BR-3 a nivel transcripcional (11), por lo tanto, los inhibidores selectivos de la COX podrían servir como la primera generación de reguladores selectivos de la expresión de la aromatasa (SAERs). Recientemente, se han sintetizado y probado en cultivos de células de cáncer de mama SK-BR-3 una serie de análogos derivados de los inhibidores selectivos del COX-2, NS-398 y Nimesulida, los cuales al ser N-metilados suprimen la expresión y actividad de la aromatasa en células con cáncer de mama independiente de la inhibición de la COX-2 (12)(13).
Los cálculos de relaciones cuantitativas estructura-actividad (QSAR) han permitido a los investigadores establecer de manera confiable modelos in silico para predecir la actividad de nuevas moléculas, inclusive antes de su síntesis. Modelos 3D-QSAR han sido usados exitosamente para generar modelos de varios agentes quimioterapéuticos. Con el fin de estudiar y deducir una correlación entre la estructura y la actividad biológica, en este estudio se ha desarrollado un modelo 3D-QSAR CoMSIA (Comparative Molecular Similarity Indices Analysis) de los nuevos análogos de la sulfonanilida. Estos cálculos, junto con los mapas de contorno derivados a través de CoM-SIA, revelan la importancia de los campos estéricos, electrostáticos, hidrofóbicos, donadores y aceptores de enlaces de hidrógeno. Variaciones estructurales en los campos moleculares fueron estudiadas en regiones particulares del espacio y fueron generados 3D-QSAR para una mayor comprensión en el estudio y diseño de nuevos SAERs.

Materiales y Métodos

DATOS BIOLÓGICOS

Una serie de análogos de la sulfonanilida han sido reportados como compuestos que suprimen la actividad y trascripción de la aromatasa en cultivos de células con cáncer de mama SK-BR-3, de forma independiente de la inhibición de la COX-2 (12). Se informaron los datos iniciales de actividad biológica en µM, expresada como concentración de inhibición media (IC50). Luego, los valores negativos del logaritmo de las cantidades IC50 (µM), -logIC50 , o sea, pIC50 , fueron usados en la elaboración del modelo 3D-QSAR.

MODELADO MOLECULAR

El estudio de modelamiento molecular fue ejecutado usando el software SYBYL versión 7.0 (14). Todos los ligandos fueron dibujados para posterior minimización de la geometría por mecánica molecular (10000 pasos de Gradiente Conjugado, usando el campo de fuerza Tripos cuyo gradiente de convergencia es 0,05 Kcal/ mol Å, cargas tipo Gasteiger-Marsili). Subsecuentemente, la conformación de más baja energía encontrada fue llevada a optimización haciendo uso del software Gaussian 98 (15), usando el método semiempírico AM1 (Austin Model 1) (16).

ALINEAMIENTO Y ESTUDIOS CoMSIA

Uno de los parámetros ajustables más importantes en los estudios 3D-QSAR es el alineamiento relativo de todas las moléculas respecto a otra que tiene conformación comparable, así como similar orientación en el espacio. Dado que el blanco específico de estos compuestos en las células cancerígenas de mama es desconocido, una de las moléculas más activas en el conjunto de estudio, el compuesto NS-398, se usó como plantilla, asumiendo que su conformación representa la forma más activa a nivel enzimático. El resto de los análogos fue superpuesto con esta molécula por medio del método de Database Alignment. Una vez alineadas las moléculas se procedió a evaluar los cinco campos de índices de similaridad CoMSIA disponibles en SYBYL (estéricos, electrostáticos, hidrofóbicos, donador y receptor de enlaces de hidrógenos) usando un carbono sp3 como átomo de prueba. La energía fue limitada a ± 30 Kcal mol-1. Los campos CoMSIA generados automáticamente fueron escalados por el método CoMFA-STD en SYBYL 7.0. La dependencia de la distancia tipo Gaussiana fue entre los puntos de la cuadrícula y cada átomo de la molécula. El valor del factor de atenuación fue de 0,3 (valor por defecto).

ANÁLISIS DE LOS MÍNIMOS CUADRADOS PARCIALES (PLS)

El análisis de regresión de los campos de energía de CoMSIA fue llevado a cabo usando el algoritmo de los mínimos cuadrados parciales (PLS), adoptando el método leave-one-out (LOO) para la validación cruzada. Para seleccionar el mejor modelo, se efectuaron diferentes combinaciones de los campos CoMSIA con el fin de hallar la mejor combinación que pudiese explicar la mayor proporción de la varianza presente en el modelo QSAR, reflejado en su valor de q2. Además, se tuvieron en cuenta aquellos conjuntos con el menor error estándar de predicción y número óptimo de componentes en caso de presentarse cantidades similares de q2 en las combinaciones presentes. Por último, para hallar el nivel de confianza estadístico en el estudio, se ejecutó un análisis PLS usando 100 grupos de análisis de remuestreo (bootstrapping) dentro del número óptimo de componentes.

Resultados

La técnica CoMSIA fue usada para derivar un modelo 3D-QSAR de los nuevos análogos de la sulfonanilida como posibles compuestos a ser usados como supresores de la actividad y trascripción de la aromatasa en cultivos de células de cáncer de mama SK-BR-3, de forma independiente de la inhibición de la COX-2. El logaritmo negativo de la actividad inhibitoria fue usado como variable dependiente.
Para este estudio fue usada la conformación de más baja energía obtenida de la optimización por el método semiempírico AM1 (16). Cada análogo fue alineado a la plantilla por rotación y traslación hasta disminuir el RMSD entre los átomos de la plantilla y los correspondientes en los análogos a través del método Database Alignment. Se seleccionaron siete átomos como fragmentos comunes para la superposición (Figura 1a) en todas las moléculas de estudio. Las moléculas alineadas son exhibidas en la Figura 1b.


Figura 1. Plantilla y alineamiento de los análogos de la sulfonanilida

Se generaron varios modelos 3D-QSAR de la selección y combinación de los diferentes campos CoMSIA pero sólo el mejor fue elegidos basado en sus parámetros de gran relevancia estadística. La Tabla I muestra detalles de los resultados obtenidos en la comparación de los diferentes modelos. El mejor modelo, producto de la combinación de los campos estérico e hidrofóbico (modelo V), arrojó un q2= 0,613 con siete componentes, R2no validado igual a 0,976, valor de F igual a 81,695 y un R2 de 0,992 tras la validación por remuestreo. La contribución estérica e hidrofóbica fue de 50,5 y 49,5%, respectivamente.

Tabla I. Comparación de los modelos CoMSIA

La Tabla II y la Figura 2 exhiben la habilidad de este modelo 3D-QSAR para predecir los valores determinados experimentalmente.

Tabla II. estructura y actividad biológica de las moléculas derivadas de la sulfonanilida.


Figura 2. Actividad real vs calculada del modelo V

Discusión

Los modelos generados por las diferentes combinaciones de los campos CoMSIA revelaron ser de gran importancia estadística, con una predicción moderada alta, tanto interna como externa, así como con un alto grado de confidencialidad en los análisis ejecutados, en los cuales se observó que los campos estérico e hidrofóbico son predominantes sobre los demás campos CoMSIA. Es fácilmente apreciable a través de los resultados exhibidos en la Tabla II y en la Figura 2, la ausencia de valores atípicos y lo bien que se ajustan los datos a la línea de regresión lineal, demostrando lo robusto de este modelo.
Este hecho demuestra que el nivel de cálculo empleado es suficiente para este estudio y una buena aproximación de la pose activa, fácilmente explicable por la planaridad del anillo y la restricción geométrica que ofrece el átomo de oxigeno, que actúa como conector, a los diferentes grupos que ayudan al acoplamiento. Adicionalmente, el alineamiento del conjunto de estudio fue satisfactorio al mostrar un alto grado de superposición en átomos y grupos no seleccionados como los fragmentos comunes los átomos de nitrógeno y azufre así como del grupo nitro de los análogos de la Sulfonanilida (Figura 1b).
En los métodos 3D-QSAR los resultados son presentados como mapas de contorno que correlacionan los cambios en la actividad biológica con los campos moleculares. Los mapas de contorno estéricos son mostrados por los colores verde y amarillo mientras que los colores rojo y azul exponen los contornos hidrofóbicos. Los mapas verdes son indicativos de regiones favorables para grupos estéricamente abultados al tiempo que los amarillos no son estéricamente favorables. Similarmente, los campos electrostáticos rojos muestran las regiones donde, por la presencia de átomos o grupos hidrofílicos, se espera que aumente la actividad, mientras que los contornos azules son regiones donde la introducción de grupos hidrofóbicos favorece el poder inhibitorio de los análogos de la sulfonanilida. Los contornos antes mencionados están limitados a aquellas regiones de la molécula base que presentan modificaciones. Para el presente estudio, las variaciones están limitadas principalmente hacia la posición 2', lugar donde se halla el átomo conector de oxigeno (Figura 1b).
Los mapas de contorno CoMSIA de los campos estérico e hidrofóbico son mostrados en la Figura 3. Estos revelan que la longitud del grupo en la posición 2' de las sulfonanilidas es importante para la supresión de la actividad de la aromatasa. Los compuestos que contienen un grupo isopropiloxi, tales como el 10 y 19 (Figura 3a) los cuales son relativamente cortos, tienen una escasa habilidad para suprimir la actividad de la aromatasa debido a que los sustituyentes se hallan alejados de las regiones estéricas e hidrofóbicas favorables, al tiempo que están presentes en pequeñas regiones desfavorables de los mismos campos. Grupos con sustituyentes extremadamente largos: 15, 24, 14 y 23 (Figura 3b), también tienen baja actividad, ya que las cadenas cruzan de las zonas favorables a las desfavorables, hidrofóbica y estérica.


Figura 3. esquema de contorno de los campos estéricos e hidrofóbicos del modelo V. esquema de contorno estérico: contorno verde (contribución del 80%) indica las regiones donde un incremento en el volumen acentuará la actividad, y contorno amarillo (contribución del 20%) donde un incremento en el factor estérico reducirá la actividad. contorno lipofílico: contorno azul (contribución del 80%) y rojo (contribución del 20%) muestran regiones donde un incremento en la lipoficidad o hidroficidad, incrementarán la actividad, respectivamente. La grafica muestra los compuestos: a) 10, b) 15, c) NS-398, d) 22, e) 4c and f) 8c

Los tres mejores pares de compuestos NS-398 (Figura 3c) y 17, 12 y 21, 13 y 22 (Figura 3d), tienen una cadena de tamaño medio, y se hallan en contacto directo con las regiones favorables de los campos estéricos e hidrofóbicos. Los compuestos 13 y 22 con las cadenas más flexibles son los que presentan mayor actividad en esta librería para la supresión de la actividad de la aromatasa. Adicionalmente, los resultados del modelo muestran que la extensión de un carbono en la posición 2 de la nimesulida, tales como en 1f, 2c, 3c, 4c (Figura 3e) y 8c (Figura 3f), tienden a un incremento significativo en su habilidad biológica en relación a la misma. El compuesto 4c, el cual es el más abultado, mostró uno de los mejores valores IC50, con un incremento de 80 veces en la actividad(13). Este hecho sugiere que, al ser más flexible la cadena, ésta permite acomodar el fragmento bencílico paraun mejor acople en el sitio de unión; así como de interacciones hidrofóbicas extra por parte del grupo CH2.

Conclusiones

En el presente estudio, los nuevos análogos estudiados de la sulfonanilida (22 compuestos) que suprimen la expresión y actividad de la aromatasa en células cancerosas independiente de la inhibición de la COX-2, fueron usados para generar y validar un modelo 3D-QSAR usando la metodología CoMSIA. Se consideró, principalmente los campos estéricos e hidrofóbicos para mostrar la importancia del tamaño del grupo en la posición 2' en los análogos de la sulfonanilida para explicar la habilidad de supresión de la actividad de la aromatasa. Estos estudios están en concordancia con las pruebas biológicas inhibitorias realizadas en cultivos de células de cáncer de mama reportados por Su et al (13).
Los requerimientos estructurales requeridos identificados en el presente estudio podrán ser utilizados estratégicamente en el diseño de nuevos, más potentes y selectivos SAERs.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Universidad de Cartagena y a Colciencias por el soporte económico prestado para el desarrollo de este trabajo, en especial al Programa de jóvenes Investigadores financiado por las dos instituciones.

CORRESPONDENCIA

PH. D. RICARDO VIVAS-REYES
Universidad de Cartagena
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Programa de Química
Campus de Zaragocilla
CARTAGENA - Colombia
Tel.: (+57) 5+6698180
Fax: (+57) 5+6698180
E-mail: rvivasr@unicartagena.edu.co

Referencias bibliográficas

1. Weigel NL, Rowan BG. Estrogen and progesterone action. In: Endocrinology Marshall JC, ed. 4th ed. Philadelphia: WB Saunders, 2001. p. 2053-60.        [ Links ]

2. Carmichael PL. Mechanisms of action of antiestrogens: relevance to clinical benefits and risks. Cáncer Invest 1998; 16(8): 604-11.        [ Links ]

3. Baum M, Budzar AU, Cuzick J, Forbes J, Houghton JH, Klijn JG, et al. ATAC Trialists' Group. Anastrozole alone or in combination with tamoxifen versus tamoxifen alone for adjuvant treatment of postmenopausal women with early breast cáncer: first results of the ATAC randomised trial. Lancet 2002; 359: 2131-9.        [ Links ]

4. Heshmati HM, Khosla S, Robins SP, O'Fallon WM, Melton LJ, Riggs BL. Role of low levels of endogenous estrogen in regulation of bone resorption in late postmenopausal women. J Bone Miner Res 2002; 17: 172-8.        [ Links ]

5. Simpson ER. Aromatase: biologic relevance of tissue-specific expression. Semin Reprod Med 2004; 22: 11-23.        [ Links ]

6. Chen S. Aromatase and breast cancer. Front Biosci 1998; 3: d922-33.        [ Links ]

7. Zhou C, Zhou D, Esteban J, Murai J, Siiteri P K, Wilczynski S, et al. Aromatase gene expression and its exon I usage in human breast tumors. Detection of aromatasa messenger RNA by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR). J Steroid Biochem Mol Biol 1996; 59: 163-71.        [ Links ]

8.  Zhao Y, Mendelson CR, Simpson ER. Characterization of the sequences of the human CYP19 (Aromatase) gene that mediate regulation by glucocorticoids in adipose stromal cells and fetal hepatocytes. Mol Endocrinol 1995; 9: 340-9.        [ Links ]

9. Zhou D, Clarke P, Wang J, Chen S. Identification of a promoter that controls Aromatase expression in human breast cáncer and adipose stromal cells. J Biol Chem 1996; 271: 15194-202.        [ Links ]

10. Zhou D, Zhou C, Chen S. Gene regulation studies of aromatasa expression in breast cancer and adipose stromal cells. J Steroid Biochem Mol Biol 1997; 61: 273-80.        [ Links ]

11. Díaz-Cruz ES, Shapiro CL, Brueggemeier RW. Cyclooxygenase inhibitors suppress aromatase expression and activity in breast cancer cells. J Clin Endocrinol Metab 2005; 90: 2563-70.        [ Links ]

12. Su B, Díaz-Cruz ES, Landini S, Brueggemeier RW. Novel sulfonanilide analogues suppress aromatase expression and activity in breast cancer cells independent of COX-2 inhibition. J Med Chem 2006; 49: 1413-9.        [ Links ]

13. Su B, Landini S, Davis D, Brueggemeier RW. Synthesis and biological evaluation of selective Aromatase expression regulators in breast cancer cells. J Med Chem 2007; 50: 1635-44.        [ Links ]

14. SYBYL 7.0, Tripos International, 1699 South Hanley Rd., St. Louis, Missouri, 63144, USA. URL http://www.tripos.com/ [Fecha de acceso: 4 de junio de 2008].        [ Links ]

15. Gaussian 98, Revisión B.02. Gaussian, Inc, Pittsburgh, PA, 1995.        [ Links ]

16. Dewar MJS, Zoebisch EG, Healy EF, Stewart JJP. Development and use of quantum mechanical molecular models. 76. AM1: a new general purpose quantum mechanical molecular model. J Am Chem Soc 1985; 107: 3902.        [ Links ]

Aceptado para su publicación el 7 de agosto de 2009

Creative Commons License Todo el contenido de esta revista, excepto dónde está identificado, está bajo una Licencia Creative Commons