Docking Proteinas

Nuestro objetivo fundamental es encontrar nuevas moléculas que puedan convertirse en fármacos eficaces en la lucha contra el cáncer. Para ello trabajamos en el desarrollo de algoritmos cuya finalidad consiste en predecir cómo estas moléculas se unen a sus receptores biológicos y así poder, de alguna manera, modular el comportamiento de éste, por ejemplo, inhibiendo el ciclo reproductivo del ADN dañado, frenando por tanto la proliferación de las células cancerígenas.

La búsqueda de estas moléculas se realiza en grandes bases de datos que llegan a contener millones de ellas. Además, cada una de estas moléculas tiene una complejidad estructural inherente que se traduce en multitud de disposiciones tridimensionales distintas que es necesario tener en cuenta y probar. Esto hace que el número total de estructuras a evaluar sea virtualmente infinito.

Para poder realizar este tipo de experimentos es necesario disponer de potentes ordenadores, y cuantos más mejor. Es aquí donde proyectos como Ibercivis adquieren una relevancia especial.

Ibercivis nos va a permitir cribar virtualmente, que es como se conoce a la técnica que estamos desarrollando, millones de moléculas en tiempo record. Esto supone una aceleración muy importante en el proceso de diseño de nuevas moléculas, muy largo y costoso en la actualidad.

Los proyectos de computación voluntaria cumplen una doble misión. Por una parte representan una ayuda inestimable en cuanto a la cantidad de cálculos que podemos realizar. Por otra, los voluntarios entran en contacto directo con la investigación científica que se está realizando en su propio ordenador, adquiriendo nuevos conocimientos y mayor concienciación del problema a resolver.

Algunos proyectos similares que ya han obtenido resultados prometedores son el salva pantallas de la Universidad de Oxford dedicado al cáncer y WISDOM a la malaria. En el primer caso, y después de un año, se llegaron a usar alrededor de 1.5 millones de ordenadores en más de 200 países. Con Ibercivis esperamos obtener resultados competitivos.

Aunque a una escala sensiblemente menor en la Unidad de Bioinformática del CBMSO ya hemos empezado a obtener resultados importantes en un par de proyectos relacionados con el cáncer. En concreto hemos patentado varias moléculas con resultados experimentales positivos.

Gracias a todos por vuestra ayuda,

El equipo de Docking

Hola docker@s!

Bueno, supongo que alguno de vosotros os estaréis preguntando cómo funciona más o menos esto del docking. Pues bien, para empezar llamamos así al proceso de unión de dos moléculas (proteínas, ADN, ARN, moléculas pequeñas...). Conocer qué moléculas se unen y de qué manera resulta muy importante para entender las diversas funciones biológicas del organismo. En nuestro caso nos centramos en las interacciones entre proteínas (Figura 1) y moléculas pequeñas (a las que llamamos genéricamente ligandos, Figura 2) ya que la mayoría de los fármacos están basados en este tipo de uniones. Conociendo la estructura de una determinada proteína es posible encontrar ligandos que puedan modificar dicha función, ya sea inhibiéndola o potenciándola según la necesidad que se tenga.

Teniendo identificada una proteína cuya función se quiere modificar, ahora viene el tema complicado: ¿cuál es el ligando que hace lo que queremos? Saber si un ligando puede unirse a una proteína no es una tarea trivial, y si a esto le sumamos el hecho de que el número de posibles ligandos tiende a infinito, el tema se complica aún más. Así pues lo que hacemos es partir de un conjunto de ligandos (quimioteca) que están disponibles comercialmente a través de diferentes proveedores. Aún así, siguen siendo muchos, en estos momentos tenemos más de 4 millones.

Probar todos estos ligandos con nuestra proteína en un laboratorio experimental llevaría demasiado esfuerzo (podría incluso ser inabordable) tanto a nivel económico como de mano de obra y tiempo. Por lo tanto hacer una simulación por ordenador de la unión entre la proteína y los ligandos es una alternativa muy buena que puede ahorrar mucho tiempo y dinero.

Pero, ¿cómo se hace esta simulación? En primer lugar tenemos que convertir la información necesaria de la proteína y los ligandos a un tipo manejable por el ordenador. La preparación es un poco diferente para la proteína y para los ligandos:

• Proteína: tenemos que delimitar lo que se denomina centro activo, es decir, la zona de la proteína donde ésta interacciona con los ligandos (Figura 3). Esta información, en la mayor parte de los casos en los que trabajamos, está disponible.
• Ligandos: por lo general, una molécula viene representada por lo que se llaman conformaciones, es decir, distinta disposición espacial de los elementos que la forman. Esto es debido a que los ligandos no son rígidos, sino que hay ciertos enlaces (uniones entre los átomos) que tienen la capacidad de girar. Por supuesto a las proteínas les ocurre lo mismo, pero por ahora estas se considerarán como rígidas. La inclusión de la flexibilidad de la proteína dentro de los algoritmos de docking no es nada trivial, y es de hecho un área de investigación muy activa.

Pues bien, con la proteína y los ligandos preparados, ahora toca el tema que computacionalmente resulta más costoso: simular el docking de cada ligando con la proteína y calcular como de buena es la interacción entre ambos. A este proceso se le llama cribado virtual de la quimioteca. Para ello se toma un ligando y se va trasladando y rotando por todo el centro activo, generando lo que llamamos poses. Cada una de estas poses se evalúa la energía de unión del complejo proteína-ligando que se forma. Cuanto menor es esta energía, tanto mejor es la interacción, y por tanto más estable será el complejo formado. Un solo docking (la proteína y 1 ligando) puede tardar alrededor de 5 minutos. Con tiempos así se emplearían alrededor de 40 años en procesar los 4 millones de moléculas. Pero gracias al proyecto Ibercivis y a vuestra participación es posible tenerlo en un tiempo muchísimo más razonable.

Cuando el cribado virtual está completo, tomamos los resultados de cada docking y los insertamos en una base de datos para analizarlos. Se hace una ordenación según su grado de interacción con la proteína (energía). Adicionalmente, para la parte superior de la lista (por ejemplo los 100 primeros) realizamos procesos más precisos y a la vez más costosos computacionalmente (de ahí que se restrinja su número hasta 100), como por ejemplo Dinámica Molecular, con el fin de realizar un estudio más minucioso de las interacción. Los resultados de Dinámica Molecular por lo general producen una ordenación más fiable que la anterior. Finalmente, es siempre necesario realizar una inspección visual en el ordenador los mejores ligandos para su selección y adquisición.

Nuestros colegas experimentales son los encargados de llevar a cabo las pruebas en su laboratorio mediante ensayos in vitro (en el tubo de ensayo) e in vivo (directamente en las células). Aquellos ligandos seleccionados que también funcionen experimentalmente se convierten en cabezas de serie que podrían en un futuro llegar a ser el principio activo de un nuevo fármaco.

Este es más o menos el proceso, iremos dando más detalles según vayáis solicitando más información o según vayamos haciendo cosas nuevas.

Un saludo a todos!

Equipo de Docking