Estudio comparativo de interacciones supramoleculares en sales cuaternarias de amonio y el complejo proteína-ligando con la enzima colina quinasa

Abstract

spa:Las sales cuaternarias de amonio (SCA) han mostrado gran potencial farmacológico para el tratamiento de diferentes enfermedades, razón por la cual, en el grupo de investigación de Química Teórica y Bioinformática (QTB) de la Universidad de Caldas, se han sintetizado diferentes SCA, y evaluado su potencial contra enfermedades como la leishmaniasis y el Chagas, además de, recientemente, evaluar su potencial anticancerígeno. Sin embargo, a pesar de la información experimental obtenida en los últimos años, aún no es claro el mecanismo de acción de las mismas, ni se tiene información sobre su interacción con diferentes blancos terapéuticos. El presente trabajo estudia las interacciones de un grupo de diez sales cuaternarias de amonio (SCA) de fórmula general [N(CH2X)(CH3)2R]I (X = I o Cl, R = (CH2)nCHC(Ar–pY)2 y pY = H o pF), tanto en sus estructuras cristalinas como haciendo parte de un complejo proteína-ligando entre dichas sales y la enzima Quinasa Colina (ChoK), la cual es un blanco anticancerígeno usual, dado que es sabido que la sobreexpresión de una de sus isoformas, se encuentra vinculada con desequilibrios en el ciclo de la fosfatidilcolina permitiendo la proliferación de diferentes neoplasias, razón por la cual, existe un interés en el potencial inhibitorio de diferentes SCA sobre la ChoK gracias a la similitud estructural de estas con la colina. Para ello, el estudio de los sistemas cristalinos se realizó mediante un análisis estructural de las diferentes sales apoyado en la teoría cuántica de átomos en moléculas (QTAIM) y el análisis de superficie de Hirshfeld, posteriormente, se realizaron estudios de acoplamiento molecular (Docking) y dinámica molecular entre las diferentes sales y la enzima ChoK, para luego, realizar un análisis estructural de los diferentes complejos proteína-ligando mediante la teoría QTAIM y de esta forma, identificar las interacciones presentes en los diferentes sistemas, y evaluar si existe o no una relación entre las mismas, encontrando que las principales interacciones presentes en ambos sistemas son aquellas de tipo hidrógeno como H – H e H – π, siendo relevante la presencia de otras interacciones de este tipo como H – I u otras como I – I o Cl – I en los sistemas cristalinos así como interacciones de tipo H – O o F – H en el complejo SCA-ChoK, a quienes se suman, aunque en menor medida, interacciones como π-π y I – π presentes en ambos sistemas, entre otras. Los diferentes cálculos mecano-cuánticos se realizaron a un nivel de teoría HF usando el set de base def2-TZVP para el átomo de yodo y 6-311++G(d,p) para el resto de los átomos.

eng:Due to the biological significance of choline kinase enzyme (ChoK) as a antitumor target, a comparative study of its supramolecular interactions in protein-ligand complexes with ten quaternary ammonium salts (QAS) of general structure [(CH3)2(XCH2)N(CH2)nCH=C(Ar-pY)2]+ I- (where X = I or H; pY = H or F and n = 2 - 4) was carried out in silico for the first time. Initially a study of the crystalline system of QASs was performed by structural analysis supported by the Quantum Theory of Atoms in Molecules (QTAIM) and Hirshfeld surface analysis. Then, molecular docking and molecular dynamics between every QAS with ChoK enzyme were modeled and followed by a QTAIM structural analysis of the respective protein-ligand complexes in order to determine the likely interactions operating in these systems. The results suggest that the main interactions present in both systems are hydrogen-type ones such as H‧‧‧H and H‧‧‧π, being relevant the presence of other interactions of this type such as H‧‧‧I in the crystalline systems or H‧‧‧O in the ChoK-QAS complexes. Additionally, less frequent but very important interactions such as π‧‧‧π and others were identified in both crystalline and ligand-complex systems. Mechanical Quantum calculations were performed at HF level of theory using the def2-TZVP basis set for the iodine and 6-311++G(d,p) for the rest of the atoms.