Estudio de la inhibición de la acetilcolinesterasa y la relación estructura actividad de terpenoides aislados de organismos marinos del Caribe colombiano

Abstract

La acetilcolinesterasa (AChE) es una de las enzimas más importantes en los seres vivos, ya que es la responsable de la sinapsis colinérgica y otros procesos nerviosos; no obstante, su inhibición ha encontrado aplicaciones farmacológicas en el tratamiento de diferentes enfermedades, así como en el control de insectos plaga, por lo que la búsqueda de inhibidores de esta enzima (AChEI) es de interés para las ciencias biomédica y agroquímica. En este marco, y queriendo aportar a la química de productos naturales marinos, en esta tesis se evaluaron 117 extractos de organismos marinos recolectados en el mar Caribe colombiano, correspondientes a octocorales (74), esponjas (17) y matts de cianobacterias (26). Se empleó un ensayo por bioautografía en CCD utilizando Fast Blue Salt como agente revelador de la actividad, y un enzima proveniente obtenida de Electrophorus electricus. En general, los octocorales mostraron ser la fuente más importante de AChEI, particularmente los extractos de gorgónidos de los géneros Eunicea, Plexaura y Pseudoplexaura. El extracto más activo fue Pseudoplexaura sp. (Muestra Nº 94), del cual se pudo aislar de manera bioguiada el cembranoide 1a como el compuesto responsable de la actividad del extracto. Este compuesto fue identificado inicialmente como el cembrano styelólido de acuerdo a lo reportado por Wasylyck en 1989; sin embargo, un análisis más profundo mediante RMN y difracción de rayos X (RX), nos mostró que la estructura de 1a realmente correspondía al acetato de crassina, aislado de Pseudoplexaura porosa. Adicionalmente, el análisis por RX nos permitió determinar la estereoquímica absoluta de 1a, y corregir la estructura del syelólido. Paso seguido, y haciendo uso de la quimioteca del laboratorio de Productos Naturales Marinos del Departamento de Química de la Universidad Nacional, se ensayaron otros cembranoides, unos aislados de octocorales de los géneros Eunicea y Pseudoplexaura, y otros obtenidos por transformación de los naturales (semisíntesis). Los resultados mostraron que muchos de estos cembranos son activos. Una evaluación semicuantitativa de ellos permitió establecer que el 14- acetoxicrassina (1a) es el compuesto más activo, seguido de asperdiol (4), y de los cembranos (+)-(1R,2S,7S,8R,3E,11E)-7,18-Oxa-cembra-2,8-diol (24), (-)- 1R,3R,4R,8S,12R-3-acetoxi-plexaurolona (28), y (-)-1R,2S,7R,8R-18-cetoasperdiol (30). Con el ánimo de entender cómo interactúan estos cembranos con el sitio activo de la acetilcolinesterasa, se llevaron a cabo estudios de acoplamiento molecular entre los compuestos inhibidores y la enzima AChE usando el paquete computacional AutoDock,. Para esto se halló la conformación más estable de los inhibidores (cembranos) mediante Gabedit 2.4.7, y se usó un archivo pdb (1DX6) reportado para una enzima AChE aislada de Torpedo califórnica. De esta manera se estudiaron 65 cembranos por docking en un sistema rígido, con los residuos presentes en la cavidad del sitio activo estáticos; y en un sistema flexible, dado por la flexibilidad de los residuos y el ligando ensayado. Gracias a estos estudios se pudo ver que los datos obtenidos del sistema flexible correlacionan mejor con los datos obtenidos en el ensayo de inhibición semicuantitativo, dando la posibilidad de diseñar nuevos derivados con actividad de inhibición de la AChE.

Abstract. Acetylcholinesterase (AChE) is one of the most important enzymes among a living organism, because it is involved in cholinergic synapsis and other nervous process. On the other hand, the inhibition of AChE has found many pharmacological and agrochemical applications, for example in the treatment of different neurological diseases, such as Alzheimer disease, as well as pesticide for controlling pest (arachnids and coleopteres). In this context, we tested for the acetylcholinesterase inhibitory activity 117 marine organisms extracts (74 octocorals, 17 sponges, and 26 cyanobacteria matts), using as enzyme AChE from Electrophorus electricus and Fast Blue Salt as revealing agent in a bioautography assay in TLC. Among them, octocorals showed to be the most important source of AChEI, particularly, the extracts of the gorgonides of Eunicea, Plexaura and Pseudoplexaura genera. The extracts of Xestospongia and Iotrochota sponges were also active, while the extracts of cyanobacteria matts were not active. The extract of Pseudoplexaura sp. (sample Nº 94) was the most active. The bioguided chemical study from these extract allowed isolating compound 1a as the responsible for the AChEI activity showed by the crude extract. This compound was identified as styelolide according to the RMN data reported by Wasylyck (1989); however, the RX analysis showed us that 1a actually corresponds to the cembranoid 14-acetoxicrassine, previously isolated from Pseudoplexaura porosa. In addition, the absolute stereochemistry was established by the RX analysis, and also this analysis indicated that the published structure for styelolide does not correspond to that of the natural product 1a. Afterward, some natural and semisynthetic cembranoides (Obtained from our in home chemical library) were evaluated for their AChEI activity by the previous described TLC methodology. The results showed that cembranoides are as active as galantamine (commercial drug used as positive control). Semi quantitative TLC AChEI analysis showed that 14-acetoxicrassine (1a) is the most active compound, followed by asperdiol (4), and cembranes (+)-(1R,2S,7S,8R,3E,11E)-7,18-Oxa-cembra-2,8-diol (24), (-)- 1R,3R,4R,8S,12R-3-acetoxi-plexaurolona (28), y (-)-1R,2S,7R,8R-18-cetoasperdiol (30). With the aim to understand the cembranes interaction with AChE active site, molecular docking analyses were carried out using AutoDock software package. For each compound the most stable conformer was calculated by means of Gabedit 2.4.7 software, and its interaction with AChE was calculated using an X-ray diffraction file (1DX6.pdb) reported for Torpedo californica enzyme. In this way, 65 cembranes were studied by molecular docking in a rigid system and in a flexible system; the results obtained by the second systems were in agreement with those obtained for the semiquatitative experimental data, giving the possibility to design new derivatives with increased AChE inhibition.