Anales de la RANM

41 A N A L E S R A N M R E V I S T A F U N D A D A E N 1 8 7 9 S U P L E M E N T O I SIMPOSIO · JÓVENES INVESTIGADORES Libro de Abstracts An RANM. 2021;138(03).supl01: 41 - 54 La enfermedad de Alzheimer (EA) es un trastorno neurodegenerativo que constituye la principal causa de demencia y la sexta causa de muerte a nivel mundial. La ausencia de fármacos capaces de frenar la progresión de la enfermedad convierte la búsqueda de tratamientos eficaces en uno de los grandes retos científicos del siglo XXI. Aunque la etiología de la EA no es del todo compren- dida, existe evidencia de que hay varios procesos degenerativos que contribuyen a la enfermedad, como el estrés oxidativo (EO), la neuroinflama- ción, la disfunción mitocondrial, la dishomeostasis del calcio y la desregulación de la autofagia, entre otros. Estos procesos están estrechamente interco- nectados, lo que pone de manifiesto la naturaleza multifactorial de la enfermedad. Dada la comple- jidad de la EA, los ligandos dirigidos a múltiples dianas surgen como una estrategia prometedora para su tratamiento. En esta línea, hemos considerado dos dianas que tienen un papel clave en varios de los procesos relacionados con la etiopatología de la EA: activación del NF-E2 p45-related factor 2 (NRF2) y modulación del receptor nicotínico de acetilcolina α7 (α7-nAChR). NRF2 es un factor de transcripción que constituye el principal mecanismo de defensa celular contra el EO. Además, NRF2 juega un papel clave en la regulación de la autofagia, inflamación y proteostasis. Por otro lado, la estimulación del α7-nAChR se ha relacionado con una disminución en la producción de péptido β-amiloide así como con una reducción en la hiperfosforilación de tau, neuroinflamación y pérdida de memoria a corto plazo en modelos in vivo de EA. En este trabajo, hemos sintetizado y evaluado farmacológicamente una nueva familia de compuestos capaces de inducir NRF2 y modular selectivamente el α7-nAChR. Adicionalmente, han mostrado un efecto neuroprotector en un modelo in vitro de EO así como en un modelo in vitro de hiperfosforilación de tau. Sin embargo, los compuestos evaluados han sido identificados como sustrato de los sistemas de efluxión de la barrera hematoencefálica (BHE) en estudios de distribución cerebral in vivo . Utilizando estos resultados, hemos seleccionado un compuesto hit con el objetivo de aumentar su potencia como modulador del α7-nAChR y reducir su recono- cimiento por los sistemas de efluxión. Mediante modelado por homología, docking y simulaciones de dinámica molecular, hemos predicho el modo de unión del compuesto hit al α7-nAChR e identi- ficado dos regiones (aquí denominados A y B) que no participan en su unión al receptor y que por tanto son susceptibles de modificación. Adicional- mente, hemos localizado una cavidad no ocupada cerca de la región A en la cual varios fragmentos moleculares son capaces de alojarse, identificados mediante un cribado virtual. La sustitución de la región A por estos fragmentos ha conducido a una nueva familia de derivados con una mayor afinidad teórica por el α7-nAChR. Además, se han incluido varias modificaciones en la región B con el fin de mejorar la permeabilidad del compuesto a la BHE, guiadas por el algoritmo CNS-MPO. Así, mediante un diseño racional in silico , hemos obtenido dos nuevas familias de compuestos con mejores propie- dades farmacológicas y farmacocinéticas teóricas. Alzheimer´s disease (AD) is a neurodegenera- tive disorder that constitutes the main cause of dementia and the sixth leading cause of death worldwide. The absence of drugs able to stop disease progression makes the search for effective treatments one of the great scientific challenges of the 21st century. Although the etiology of AD is not fully understood, there is accumulating evidence that there are several degenerative events that contribute to the disease, such as oxidative stress (OS), neuroinflammation, mitochondrial dysfunc- tion, calcium dyshomeostasis and deregulation of autophagy, among others. These AD-contrib- uting processes are tightly interconnected, which highlight the multifactorial nature of the disease. Given AD complexity, multitarget-directed ligands arise as a promising strategy for its treatment. In this line, we have considered two targets that have a key role in several of the aforementioned processes related to AD etiopathology: activa- tion of NF-E2 p45-related factor 2 (NRF2) and modulation of nicotinic acetylcholine receptor α7 (α7-nAChR). NRF2 is a transcription factor that constitutes the main cellular defensive mechanism against OS. Additionally, NRF2 plays a critical role in the regulation of autophagic processes, inflammatory stress and proteostasis. In a similar fashion, stimulation of α7-nAChR has been related to a decrease in β-amyloid peptide production, reduction of tau hyperphosphorylation, neuroin- flammation and short-term memory loss term in in vivo models of AD. In this work, we have synthesized and pharmaco- logically evaluated a new family of compounds able to activate NRF2 and selectively modulate the α7-nAChR. Furthermore, these compounds have exerted a neuroprotective effect in OS and tau hyperphosphorylation in vitro models. However, the evaluated compounds were identi- fied as substrate of the efflux systems of the blood- brain barrier (BBB) in in vivo brain distribution studies. Using these results as a starting point, we have selected a hit compound for modifica- tion, aiming to increase its potency as α7-nAChR modulator and reduce its recognition by the BBB efflux systems. In this line, by means of homology modeling, docking and molecular dynamics simula- tions, we have predicted the binding mode of the hit compound to the α7-nAChR and identified two chemical moieties (herein named A and B) that do not drive receptor binding and are thus suscep- tible of modification. Based on this binding mode, we have identified a non-occupied cavity close to moiety A. Using a fragment-based virtual screening we have identified several molecular fragments able to interact with the residues of this cavity. Substi- tution of moiety A by these fragments has led to a new family of derivatives with a higher predicted affinity for the α7-nAChR. Additionally, we have included several modifications on moiety B in order to improve compounds BBB permeability, guided by the CNS-MPO algorithm. In this fashion, we have obtained two new family of compounds with improved predicted pharmacological and pharmaco- kinetic properties by means of an in silico -guided strategy for their design.