Synthesis of new molecules and study in cellular senescence phenotypes for the treatment of age-related diseases

Abstract

El aumento de la esperanza de vida observado en las últimas décadas ha venido asociado a un incremento de la prevalencia de enfermedades crónicas asociadas al envejecimiento. Esto se debe en gran medida a la senescencia celular, un proceso por el cual las células detienen su ciclo celular de forma irreversible y se vuelven senescentes, dejando de reparar tejidos y segregando sustancias que generan inflamación en los tejidos adyacentes. Por este motivo, en los últimos años se ha impulsado la búsqueda de moléculas dirigidas al tratamiento de enfermedades relacionadas con la edad que actúen frente a la senescencia celular. Estos compuestos se conocen como agentes senoterapéuticos y, según su modo de acción, se clasifican en senolíticos (eliminan las células senescentes) y senomórficos (suprimen el fenotipo de senescencia y frenan sus efectos nocivos). La microbiota humana es un complejo ecosistema de microorganismos que desempeña un papel beneficioso en nuestro organismo, pero es sabido que sufre alteraciones con el envejecimiento y existen evidencias de que algunos agentes senoterapéuticos modulan el microbioma, lo que en conjunto sugiere un vínculo entre la microbiota y la senescencia. Los metabolitos producidos por la microbiota están potencialmente relacionados con la regulación de proteínas clave en el huésped y, por tanto, sus estructuras pueden representar un espacio químico poco explorado en la búsqueda de nuevos fármacos para el tratamiento de diversas patologías, incluidas las relacionadas con la edad. En este contexto, nuestro grupo de investigación ha generado previamente una quimioteca de 48 moléculas inspiradas en metabolitos de la microbiota para su evaluación en fenotipos celulares relevantes. En el presente proyecto, se ha llevado a cabo un programa de descubrimiento de fármacos mediante una aproximación fenotípica, utilizando las moléculas inspiradas en la microbiota, con el objetivo de desarrollar nuevos compuestos senoterapéuticos. Así, se realizó un screening primario utilizando un ensayo fluorimétrico en un fenotipo de senescencia inducido en fibroblastos humanos (IMR-90) mediante tratamiento con H2O2, obteniéndose células senescentes que sobreexpresan la enzima beta-galactosidasa (SA-beta-gal), uno de los biomarcadores más utilizados para la detección de la senescencia. El compuesto 1a disminuyó la actividad SA-beta-gal y no mostró citotoxicidad en fibroblastos normales, por lo que fue seleccionado como un hit inicial para llevar a cabo un programa de química médica dirigido a la búsqueda de nuevos compuestos senoterapéuticos. En este programa se consideró la síntesis de los nuevos análogos 2-33, en los cuales se han incluido diferentes modificaciones estructurales en torno a las distintas subunidades del hit inicial. Para la preparación de dichos compuestos, se empleó una ruta sintética basada en una cascada aminocatalítica asimétrica de tres o cuatro componentes que permite construir el esqueleto de ciclohexeno tetrasustituido con una alta diastereo- y enantioselectividad. La derivatización posterior en los sustituyentes del ciclohexeno dio lugar a los compuestos finales 2-33. Una vez sintetizados los compuestos, se evaluó la actividad SA-beta-gal en el fenotipo de fibroblastos senescentes, así como la citotoxicidad en fibroblastos normales.