Allosteric Targeting of the KEAP1 BTB Homodimerisation Interface: Structure-Based Virtual Screening Identifies Indazole and Benzimidazole Scaffolds

Dentro de cada célula, um equilíbrio delicado mantém o corpo seguro contra o desgaste constante da vida cotidiana. Esse equilíbrio é gerenciado por uma proteína reguladora mestre chamada NRF2, que atua como um interruptor, ligando os genes que reparam danos e combatem o estresse tóxico. No entanto, esse interruptor é geralmente mantido na posição "desligado" por uma proteína sentinela chamada KEAP1. Sob condições normais, a KEAP1 agarra a NRF2 e a marca para destruição, garantindo que a célula não reaja excessivamente a irritações menores. Quando as células enfrentam ameaças sérias, como o acúmulo de gorduras tóxicas ou a presença de certas mutações cancerígenas, esse sistema pode falhar. Em alguns cânceres agressivos, a sentinela está quebrada ou é contornada, deixando as células cancerosas protegidas e resistentes ao tratamento. Cientistas há muito tentam consertar isso projetando drogas que ou bloqueiam o mecanismo de agarrar ou travam quimicamente os sensores da sentinela, mas essas abordagens têm limitações e podem ser superadas pelo câncer.

Um novo estudo do pesquisador independente Cumhur Gokhan Ekmekci explora um caminho diferente e amplamente inexplorado para controlar este sistema. Em vez de tentar impedir que a KEAP1 agarre a NRF2, o pesquisador questionou se seria possível impedir que duas proteínas KEAP1 dessem as mãos uma à outra. A KEAP1 trabalha como um par; duas moléculas devem se unir para formar uma unidade funcional capaz de destruir a NRF2. Essa união ocorre em uma interface específica, uma superfície plana onde as duas proteínas se tocam. O estudo sugere que, se uma droga pudesse se enfiar nesse lugar de encontro, ela impediria a formação do par, desativando efetivamente a sentinela sem precisar competir com as proteínas naturais que normalmente se ligam a ela. Usando uma poderosa simulação computacional, o pesquisador testou dezenas de estruturas químicas para ver quais poderiam se encaixar nesse espaço específico, procurando uma nova maneira de reativar as defesas naturais da célula.

A investigação começou construindo um modelo digital do par de proteínas KEAP1, usando uma estrutura conhecida de um banco de dados como um projeto. O pesquisador focou na superfície específica onde as duas proteínas se conectam, uma região que havia sido amplamente ignorada pelos desenvolvedores de drogas até agora. Para garantir que a busca fosse minuciosa, o computador foi programado para testar sessenta e uma diferentes compostos químicos contra essa interface. Esses compostos foram escolhidos de uma mistura diversificada, incluindo drogas conhecidas que poderiam ser reaproveitadas, pequenos fragmentos de moléculas e novos designs químicos baseados em estruturas de anéis específicos conhecidas como indazóis e benzimidazóis. O computador simulou como cada composto se assentaria no espaço, calculando o quão firmemente ele se ligaria e se preferiria este ponto de união em vez de outros locais conhecidos na proteína.

Os resultados desta triagem virtual revelaram uma nova direção promissora. Entre os muitos compostos testados, uma família específica de moléculas construídas em torno de um núcleo de indazol emergiu como as candidatas mais fortes. Duas delas, chamadas BTBn_Ind_001 e BTBn_Ind_002, mostraram a maior capacidade prevista de aderir à interface do par de proteínas. A simulação sugeriu que elas se ligariam com uma força comparável às melhores drogas existentes que visam outras partes da proteína, mas com uma diferença crucial: elas foram projetadas para interromper a parceria entre as duas moléculas de KEAP1, em vez de bloquear o sítio de agarrar. Esses principais candidatos também foram verificados quanto à segurança e propriedades semelhantes às de fármacos, e passaram nos testes iniciais, mostrando que são pequenos o suficiente e estáveis o suficiente para potencialmente se tornarem medicamentos.

Interessantemente, o estudo também descobriu que dois compostos, que foram originalmente projetados para um propósito diferente, também se encaixam bem nesta interface. Um deles, o JKE-1674, foi desenvolvido para interromper um processo chamado ferroptose, um tipo de morte celular impulsionado pela oxidação de ferro e gordura. O outro, o PipAryl_005, foi projetado para bloquear uma proteína transportadora envolvida no metabolismo do câncer. O fato de essas drogas não relacionadas também interagirem com o sítio de união da KEAP1 sugere que uma única estrutura química pode ser capaz de atingir múltiplos alvos na rede de defesa da célula. Essa ação dupla poderia ser particularmente útil no tratamento de cânceres que se tornaram resistentes às terapias padrão, pois atacaria o problema de dois ângulos ao mesmo tempo.

Apesar desses resultados promissores do computador, o pesquisador observa cautelosamente que estas descobertas são atualmente apenas previsões. O estudo baseou-se inteiramente em modelos digitais e simulações, que são ferramentas poderosas para estreitar as possibilidades, mas não podem provar que uma droga funcionará em um sistema vivo. Os modelos computacionais mostraram que a interface é um alvo viável e que formas químicas específicas se encaixam bem, mas a força de ligação real e os efeitos biológicos ainda não foram medidos em laboratório. O pesquisador propõe que os próximos passos devem envolver experimentos físicos, como testar se esses compostos podem realmente impedir que as proteínas se unam em um tubo de ensaio e observar se eles podem ligar os genes protetores em células vivas.

O estudo conclui que a interface de união da KEAP1 é um alvo real e acessível para novas drogas, oferecendo uma nova estratégia para controlar as defesas antioxidantes da célula. As moléculas baseadas em indazol identificadas neste trabalho representam os primeiros candidatos descobertos computacionalmente para este sítio específico, fornecendo um novo ponto de partida para cientistas construírem melhores medicamentos. Embora o caminho de uma simulação de computador para um tratamento real seja longo e incerto, este trabalho abre uma porta para um mecanismo que foi negligenciado por anos. Ao focar em como as proteínas sentinelas se conectam umas às outras, em vez de apenas como elas agarram seus alvos, os pesquisadores podem ter encontrado uma maneira de enganar as células cancerosas que aprenderam a evitar os tratamentos atuais. A jornada dessas pontuações digitais para uma droga funcional exigirá testes rigorosos, mas o potencial para desbloquear uma nova classe de terapias torna o esforço valioso.