Estudi de miRNAs i MSI2 com possibles dianes per a la distròfia miotònica tipus 1

La distròfia miotònica tipus 1 (DM1) és un trastorn autosòmic dominant multisistèmic, que representa la forma més comú de la distròfia muscular en adults. Es tracta d’una malaltia rara que es caracteritza per una disfunció muscular progressiva i està causada per una expansió aberrant de repeticions del trinucleòtid CTG, localitzat al gen DMPK, que formen estructures capaces de segrestar factors nuclears essencials.

Donades les limitacions de les estratègies terapèutiques actuals, s’ha proposat recentment un enfocament terapèutic basta en la compensació de la depleció proteica mitjançant l’augment de l’expressió endògena de MBNL, una família de proteïnes reguladores del processament d’ARN, el segrest de les quals en les repeticions CUG causa la distròfia miotònica (DM). Així, la inhibició de miR-23b i miR-21 ha estat descrita com una estratègia capaç d’augmentar els nivells proteics de MBNL1 i MBNL2, convertint-los en dianes potencials per al disseny de fàrmacs de molècula petita. Amb un objectiu similar, la inhibició de la proteïna MSI2 també es presenta como una estratègia capaç de recuperar els nivells de MBNL, ja que s’ha demostrat que la seva sobre-expressió contribueix a l’atròfia muscular mitjançant una repressió excessiva de la maduració de miR-7.

En aquest context, el Dr. Daniel Fernàndez Remacha va dur a terme la seva tesi doctoral al Laboratori de Disseny Molecular del Grup de Química Farmacèutica – GQF d’IQS, en la qual ha establert un nou enfocament per al tractament de la distròfia miotònica tipus 1, amb el desenvolupament de models estructurals i de cribratge virtual per identificar nous compostos amb potencial activitat en front de dianes d’interès. Sota el títol “Studying the druggability of miRNAs and MSI2 as potential targets for Myotonic Dystrophy Type 1”, la tesi va estar dirigida pel Dr. Roger Estrada Tejedor.

La recerca tenia dos objectius fonamentals: el primer, desenvolupar un nou model computacional per generar moldes estructurals de miRNAs, capaços de descriure la diversitat conformacional inherent d’aquets tipus d’estructures i poder ser utilitzats ne le disseny de nous compostos mab activitat biologia. El segon objectiu era dissenyar i avaluar nous inhibidors de MSI2, una proteïna que es troba sobre-expressada en DM1, que impedeix la maduració del miR-7 i que no té cap punt d’unió ben definit.

D’aquesta manera, la tesis doctoral del Dr. Fernández va explorar la dinàmica estructural i la possibilitat d’utilitzar molècules d’ARN altament flexibles com dianes terapèutiques, amb un enfocament particular en pri-miR-23b i pri-miR-218. L’aplicació de tècniques de modelització molecular com la dinàmica molecular convencional (cMD) i la Gaussian Accelerated Molecular Dynamics (GaMD), va permetre l’estudi de la flexibilitat estructural de cada miRNA, sent possible identificar un conjunt de conformacions metaestables representatives de la seva flexibilitat. Per a cada miRNA, es van detectar múltiples potencials punts d’unió estructuralment diversos, que no es poden observar en els models estructurals estàtics.

Respecte al segon objectiu, el Dr. Fernández va dur a terme un estudi computacional del domini RRM1 de MSI2, per tal de caracteritzar els aminoàcids essencials per el reconeixement i interacció de potencials inhibidors, prenent com a referència l’inhibidor Ro 08-2750. Aprofitant aquests coneixements estructurals, es van aplicar mètodes de disseny de fàrmacs basats en l’estructura per tal de realitzar un cribratge virtual i la selecció d’inhibidors potencials de MSI2. La selecció computacional es va validar experimentalment en models cel·lulars de DM1. Dos dels compostos seleccionats milloren significativament l’índex de fusió miogènica, indicant una recuperació fenotípica en miotubs mutlinucleats transdiferenciats.

En conclusió, aquesta tesi aporta un marc computacional i experimental global que permet abordar el disseny de fàrmacs en estructures altament flexibles de miRNA i de proteïnes d’unió a ARN amb un centre actiu flexible o poc definit, contribuint notablement a l’avanç d’estratègies terapèutiques per a malalties mediades per ARN.

Aquesta recerca s’ha dut a terme amb la col·laboració de la Dra. Marta Guerra, del grup GEMAT d’IQS, del Dr. Santi Nonell i del Dr. Roger Bresolí, del Laboratori de Fotoquímica d’IQS, i de la Dra. Germana Falcone de l’Instituto di Biochimica e Biologia Cellulare – IBBC.

Publicacions relacionades

Daniel Fernández-Remacha et al, Cognate RNA-Binding Modes by the Alternative-Splicing Regulator MBNL1 Inferred from Molecular Dynamics, Int. J. Mol. Sci. 2022, 23(24), 16147. 

Daniel Fernandez-Remacha et al, De-Novo Design of pre-miR-21 Maturation Inhibitors:Synthesis and Activity Assessment, Chem. Eur. J. 2023, 29, e202300825