Identificación de moléculas pequeñas con potencial uso como chaperonas farmacológicas para la enzima humana N-acetilgalactosamina-6-sulfato sulfatasa (GALNS)

Abstract

La mucopolisacaridosis IV A (MPS IVA) es una enfermedad autosómica recesiva causada por la deficiencia de la enzima N-acetilgalactosamina-6-sulfato sulfatasa (GALNS). La mayoría de mutaciones que afectan a esta enzima son de sentido errado, afectando su plegamiento y tráfico intracelular. En este sentido, se ha propuesto el uso de chaperonas farmacológicas (CFs) como una alternativa de tratamiento. Las CFs tienen la capacidad de mejorar el plegamiento, evitar la degradación y favorecer el tráfico intracelular de la proteína mutada, recuperando su función biológica. Aunque estas moléculas han sido evaluadas en otras enfermedades de depósito lisosomal, su estudio en la MPS IVA se encuentra en etapas iniciales. Con el objetivo de identificar nuevas moléculas que puedan ser empleadas como CFs, en este estudio se realizó inicialmente un análisis computacional de las interacciones de la enzima GALNS humana con sustratos naturales y artificiales. Todos los sustratos naturales se localizaron al fondo de la cavidad activa con el grupo sulfato interactuando con el residuo catalítico (formilglicina, FGly) y cercanos al calcio. Queratán sulfato (QS) fue el sustrato con el valor más bajo de energía de afinidad en comparación con los otros sustratos evaluados. Posteriormente, con base en esta información se realizó un estudio de reutilización de fármacos a través de un tamizaje virtual. Mediante este protocolo fue posible predecir moléculas con la capacidad de interactuar con la cavidad activa de GALNS y con afinidades mayores que las predichas para el sustrato natural QS. Las simulaciones predijeron que estos compuestos interactúan con aminoácidos claves como Leu78, Tyr108, Ile294, Gln311 y Ser521, los cuales participan en la interacción con los sustratos naturales de la enzima. Entre los compuestos identificados se encontraron bromocriptina, devazepida, tadalafilo y telmisartán. Las simulaciones de dinámica molecular sugieren que la posición de los compuestos fue estable durante el tiempo evaluado. En conclusión, la evaluación in-silico ha permitido identificar nuevos candidatos, expandiendo el estudio y búsqueda de CFs como una terapia alternativa para la MPS IVA.

Mucopolysaccharidosis type IV A (MPS IVA) is an autosomal recessive disorder caused by a deficiency of the lysosomal enzyme N-acetylgalactosamine-6-sulfate sulfatase (GALNS). Most of the mutations that affect this enzyme are missense, affecting the folding and intracellular traffic. In this sense, it has been proposed the use of small molecules, called pharmacological chaperones (PCs), as an alternative treatment. PCs have the capacity to promote the correct folding, prevent degradation, and favor the correct intracellular trafficking of the mutated protein, recovering the biological function of the enzyme. Although these molecules have been evaluated in other lysosomal storage disorders, their assessment in MPS IVA is on the early stages. To identify new molecules that can be used as PCs, in this study a computational analysis of the interactions of the human GALNS enzyme with natural and artificial substrates was initially carried out. All-natural substrates were placed at the bottom of the active cavity with the sulfate group interacting with the catalytic residue (formylglycine, FGly) and close to calcium. Keratan sulfate (QS) was the substrate with the lowest value of affinity energy compared to the other evaluated substrates. Subsequently, based on this information, a drug repurposing study was carried out through a virtual screening. Using this protocol, it was possible to predict molecules with the ability to interact with the active cavity of GALNS and with affinities greater than those predicted for the natural substrate QS. The simulations predicted that these compounds interact with key amino acids such as Leu78, Tyr108, Ile294, Gln311 and Ser521, which participate in the interaction with the natural substrates of the enzyme. Bromocriptine, devazepide, tadalafil, and telmisartan were among the identified compounds. Molecular dynamics simulations suggest that the position of the compounds was stable during the evaluated time. In conclusion, in-silico assessment may allow the prediction of novel candidates expanding the study and search of PCs as alternative therapy for MPS IVA.