Biotecnología Aplicada a la Identificación y Validación de Dianas Terapéuticas

120 Pages·2006·1.23 MB·Spanish

by  Genoma España

Biotecnología Aplicada
a la Identificación y Validación
de Dianas Terapéuticas
Informe de Vigilancia Tecnológica

Biotecnología Aplicada
a la Identificación
y Validación de Dianas
Terapéuticas
Informe de Vigilancia
Tecnológica
BIOTECNOLOGÍA APLICADA
A LA IDENTIFICACIÓN Y VALIDACIÓN
DE DIANAS TERAPÉUTICAS
El presente informe de Vigilancia Tecnológica ha sido
realizado en el marco del convenio de colaboración
conjunta entre Genoma España y la Fundación General
de la Universidad Autónoma de Madrid (FGUAM), entidad
que gestiona el Círculo de Innovación en Biotecnología
(CIBT), perteneciente al Sistema de Promoción Regional
de la Innovación MADRID+D.
Genoma España y la Fundación General de la Universidad
Autónoma de Madrid (FGUAM) agradecen la colaboración
ofrecida a:
– Dr. Miguel Ángel Piris Pinilla
Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO)
– Dr. Arcadio García de Castro Andrews
PharmaMar
– Dr. Luis del Peso Ovalle
Hospital Universitario de la Princesa
– D.ª Rosario Ambite Domínguez
Círculo de Innovación en Biotecnología
La reproducción parcial de este informe está autorizada bajo
la premisa de incluir referencia al mismo, indicando:
Biotecnología aplicada a la identificación y validación de
dianas terapéuticas. GENOMA ESPAÑA/CIBT-FGUAM.
Genoma España no se hace responsable del uso que se
realice de la información contenida en esta publicación. Las
opiniones que aparecen en este informe corresponden a los
expertos consultados y a los autores del mismo.
© Copyright: Fundación Española para el Desarrollo
de la Investigación en Genómica y
Proteómica/Fundación General de la Universidad
Autónoma de Madrid.
Autores: Marta López (CIBT)
Paloma Mallorquín (CIBT)
Ion Arocena (CIBT)
José Antonio Mesa (Genoma España)
Miguel Vega (Genoma España)
Edición: Silvia Enríquez (Genoma España)
Referencia: GEN-ES05009
Fecha: Abril 2005
Depósito Legal:M-51618-2005
ISBN: 84-609-8741-8
Diseño y realización:Spainfo, S.A.
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BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA IDENTIFICACIÓN Y VALIDACIÓN
DE DIANAS TERAPÉUTICAS
Índice de contenido
• RESUMEN EJECUTIVO 7
1. INTRODUCCIÓN A LA VALIDACIÓN DE DIANAS 8
2. TÉCNICAS DE IDENTIFICACIÓN DE DIANAS 11
2.1. Análisis de la expresión génica 11
2.1.1. Análisis serial de la expresión génica (SAGE) 12
2.1.2. Electroforesis en geles de poliacrilamida (PAGE) 13
2.1.3. Microarrays de ADN 13
2.2. Interacciones proteína-proteína 14
2.2.1. Microarrays de proteínas 15
2.2.2. Sistema doble híbrido 16
3. TÉCNICAS DE VALIDACIÓN DE DIANAS 17
3.1. Modulación de la expresión génica 17
3.1.1. Oligonucleótidos antisentido 17
3.1.2. ARN de interferencia 18
3.1.3. Ribozimas 20
3.1.4. Proteínas de dedos de zinc 21
3.2. Inactivación de proteínas 22
3.2.1. Química genética 22
3.2.2. Anticuerpos monoclonales 23
3.2.3. Aptómeros 24
3.2.4. Péptidos 24
3.2.5. Inactivación por láser mediante cromóforos y fluoróforos 25
3.3. Análisis de la expresión génica in situ 25
3.3.1. Microarrays de tejidos 26
3.3.2. Microarrays de células 26
3.4. Modelos vivos de la enfermedad 27
3.4.1. Ratones knock-out y knock-in 28
3.4.2. Ratones transgénicos 29
3.4.3. Mutagénesis de ratones al azar 30
3.4.4. Levaduras como modelo de enfermedad 30
3.4.5. Otros organismos modelo 31
3.4.6. Células madre embrionarias 32
3.5. Técnicas bioinformáticas 34
4. ESTRATEGIAS DE VALIDACIÓN DE DIANAS 37
5
5. APLICACIONES DE LAS TÉCNICAS DE VALIDACIÓN DE DIANAS 40
5.1. Enfermedades que requieren nuevas dianas 40
5.1.1. Enfermedades neurodegenerativas 40
5.1.2. Enfermedades cardiovasculares 42
5.1.3. Enfermedades psiquiátricas 43
5.1.4. Enfermedades metabólicas 45
5.1.5. Enfermedades autoinmunes 46
5.1.6. Cáncer 48
5.2. Naturaleza de las dianas terapéuticas para los fármacos actuales 49
6. ENTORNO ECONÓMICO EN LA VALIDACIÓN DE DIANAS 51
6.1. Validación de dianas en el desarrollo de fármacos 52
6.2. Estrategias de implantación de validación de dianas en la industria farmacéutica 54
6.3. Estrategias comerciales en la validación de dianas 55
7. EMPRESAS Y PROYECTOS EN VALIDACIÓN DE DIANAS 58
7.1. Empresas internacionales en validación de dianas 58
7.2. Empresas españolas en validación de dianas 59
7.3. Proyectos de I+D españoles en validación de dianas 60
8. CONCLUSIONES 61
ANEXOS 65
ANEXO I. Proyectos de I+D españoles en validación de dianas 65
ANEXO II. Empresas internacionales en validación de dianas 92
ANEXO III. Empresas españolas en validación de dianas 103
ANEXO IV. Principales dianas terapéuticas 111
REFERENCIAS 116
GLOSARIO 119
6
BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA IDENTIFICACIÓN Y VALIDACIÓN
DE DIANAS TERAPÉUTICAS
Resumen ejecutivo
Las dianas terapéuticas son moléculas localizadas correcta validación de dianas terapéuticas reduce
en cualquier parte de la célula, capaces de por tanto el tiempo y coste necesario para el
reconocer un fármaco y producir una respuesta desarrollo de un fármaco eficaz, ya que se evita
celular que modifique el curso de una continuar con los esfuerzos empleados en el
enfermedad. La evaluación de dianas terapéuticas desarrollo de fármacos cuyas dianas no han sido
constituye un proceso que incluye las etapas de validadas adecuadamente. De este modo, la
identificación, caracterización y validación de industria farmacéutica conseguiría optimizar sus
dianas, siendo este último el paso final en la esfuerzos de I+D orientándolos hacia los proyectos
determinación de la implicación de la diana en el basados en dianas validadas correctamente, con
proceso patológico. La secuenciación del genoma mayores posibilidades de salir adelante.
humano ha revelado la presencia de un gran
número de potenciales dianas terapéuticas, sin Las técnicas genómicas y proteómicas que se
embargo, la mayoría de estas dianas no han sido emplean en la identificación y validación de dianas
completamente caracterizadas ni se ha son de diversa naturaleza, y se emplean
establecido su asociación con una enfermedad generalmente en combinación con otras técnicas
concreta. Se ha estimado que el número de complementarias. La identificación de dianas se
dianas potenciales terapéuticas se encuentra en realiza principalmente mediante técnicas de
torno a 600 y 1.500, no obstante, los fármacos análisis de la expresión génica o bien mediante el
que actualmente se encuentran en el mercado análisis de interacciones proteína-proteína, como
actúan sobre alrededor de 500 dianas diferentes. los microarrays de ADN y microarrays de proteínas
El reto actual consiste en seleccionar a partir del respectivamente. En cuando a las tecnologías
conjunto de genes del genoma humano aquellos relacionadas con la validación de dianas, la
genes que dan lugar a proteínas que pueden modulación de la expresión génica mediante
llegar a ser dianas terapéuticas. tecnologías antisentido y el empleo de modelos
vivos de la enfermedad como los ratones knock-out
La tasa de fracaso a lo largo del proceso de son las técnicas más relevantes. No obstante, otras
investigación farmacéutica es elevada, más del tecnologías complementarias como los microarrays
80% de los proyectos se abandonan durante la de células y tejidos, células madre embrionarias, y
fase de descubrimiento anterior a los ensayos técnicas de inactivación de proteínas como
clínicos, de modo que sólo uno de cada cinco CALI/FALI, son alternativas cada vez más
proyectos consigue iniciar los ensayos clínicos. Una empleadas en las etapas de validación de dianas.
7
1. Introducción a la validación de dianas
El presente informe tiene por objeto el estudio de las por el organismo. Las moléculas que reconocen
técnicas que se emplean en la actualidad en la estos fármacos se denominan dianas terapéuticas,
validación de dianas prestando especial atención a las y su modulación permite modificar el curso de un
aplicaciones de las técnicas genómicas y proteómicas. proceso patológico. Las dianas sobre las que
actúan los fármacos pueden ser de diferente
Los fármacos se componen de sustancias activas naturaleza, pudiendo ser azúcares, proteínas o
o compuestos responsables del efecto terapéutico, ácidos nucleicos (ADN o ARN), sin embargo, la
los cuales ejercen su acción sobre la enfermedad mayoría de los fármacos que se encuentran en el
cuando el compuesto es absorbido y distribuido mercado actúan sobre dianas proteicas1.
Diana terapéutica
Molécula localizada en cualquier parte de la célula, capaz de reconocer a un fármaco y producir una
respuesta celular que modifique el curso de una enfermedad.
El desarrollo de nuevos fármacos constituye un largo preclínicas y clínicas. Por tanto, una buena
proceso que se puede dividir en una serie de fases, caracterización de la actividad biológica de las
la primera de las cuales consiste en la identificación dianas moleculares que han sido identificadas en las
de nuevas dianas terapéuticas. La identificación de primeras fases, es fundamental para la obtención de
compuestos activos con actividad biológica un mayor número de fármacos. No obstante, debido
relacionada con las dianas previamente descritas a la complejidad de los procesos biológicos que dan
conforma la segunda etapa de este proceso. El lugar a distintas patologías, no siempre es posible
último paso consiste en el desarrollo y optimización identificar una diana que permita desarrollar un
del fármaco a lo largo de las distintas fases fármaco eficaz.
Validación de dianas
Proceso que tiene por objeto demostrar que una determinada diana molecular está implicada en la
aparición y progresión de una enfermedad. La validación de una diana permite establecer una
relación entre la alteración de la diana y su potencial terapéutico.
La validación de dianas consiste por tanto en alterar el curso de una enfermedad. Sin embargo,
determinar si una diana molecular está implicada la validación de dianas puede realizarse
en una enfermedad concreta, y por tanto es igualmente tanto a nivel molecular como genético
potencialmente susceptible de ser considerada mediante herramientas genómicas y proteómicas,
como diana terapéutica a la hora de diseñar que permiten relacionar una diana con un estado
nuevos fármacos. Para algunos autores la patológico determinado. El grado de validación de
validación de una diana se consigue únicamente una diana estará por tanto relacionado con la
cuando un fármaco se emplea con éxito para cantidad de datos preclínicos y clínicos que se
1Smith, M. B. (2003). Hitting the target. Nature, vol. 422, 341-347.
8
BIOTECNOLOGÍA APLICADA A LA IDENTIFICACIÓN Y VALIDACIÓN
DE DIANAS TERAPÉUTICAS
reúnan respecto al mecanismo biológico de la activos3. Sin embargo, no se debe olvidar que en
diana y su relación con la eficacia del fármaco2. la realidad muy pocas dianas identificadas
El paso de una fase a otra del desarrollo de durante las primeras fases del proceso de I+D
fármacos depende en gran medida del grado de conducen al desarrollo de un fármaco eficaz, por
validación de la diana en cuestión y del avance en lo que el grado de incertidumbre del proceso de
el descubrimiento de potenciales compuestos desarrollo farmacológico es muy elevado.
Descubrimiento Descubrimiento Desarrollo
de dianas de fármacos de fármacos
Optimización
Identificación Validación Selección de Fase Fase
de
de dianas de dianas compuestos Preclínica Clínica
compuestos
Figura 1. Fases principales del desarrollo farmacológico.
Fuente: Whittaker, P. A. (2003). What is the relevance of bioinformatics to pharmacology? Trends In Pharmacological
Sciences, 24 (8):434-439.
La identificación y desarrollo de fármacos ha sido Los fármacos que actualmente se encuentran en
tradicionalmente un proceso lineal que consistía el mercado actúan sobre aproximadamente 500
en la búsqueda de compuestos químicos mediante dianas diferentes. Las estimaciones más recientes
ensayos sobre cultivos celulares, tejidos o calculan que existen entre 20.000 y 25.000 genes
animales4. Las dianas no se validaban con las en el genoma humano, de los cuales en torno a
tecnologías complejas que se emplean hoy en día, 5.000 podrían estar implicados en procesos
y se desconocían los mecanismos moleculares patológicos. De estos últimos, sólo ciertos genes y
responsables de las enfermedades. Los avances las proteínas que codifican serán de interés para
en genómica y proteómica han permitido a la el desarrollo de fármacos que modifiquen el
industria farmacéutica descubrir un gran número proceso patológico. De este modo, el número de
de fármacos por medio del estudio de las dianas terapéuticas potenciales se estima en
relaciones existentes entre los genes y las torno a 600 y 1.500 dianas6. La secuenciación del
enfermedades. Como consecuencia, la validación genoma humano en el año 20017 supuso el
de dianas al nivel del genoma ha surgido como descubrimiento de la secuencia de un gran
una necesidad que a su vez ofrece numerosas número de dianas terapéuticas potenciales. El
ventajas, ya que permite la posibilidad de conocer reto actual consiste en seleccionar a partir del
de antemano algunos de los efectos biológicos de conjunto de genes del genoma humano aquellos
las proteínas, que mediante las técnicas clásicas genes que dan lugar a proteínas y que pueden
de validación no era posible anticipar5. llegar a ser dianas terapéuticas.
2Epstein, D. M., et al.(2002). Target Validation with Nucleic Acid Aptamers. Mimicking small molecule therapeutics by
attacking the protein, and not the gene. Pharmaceutical Discovery and Development. PharmaVentures Ltd.
3Whittaker, P. A. (2003). What is the relevance of bioinfomatics to phamacology? Trends In Pharmacological Sciences, 24
(8), 434-439.
4Douglas S. A., et al.(2004). Techniques: Cardiovascular pharmacology and drug discovery in the 21st century. Trends in
Pharmacological Sciences. Vol. 25 Nº 4: 225-233.
5Liu, R., et al.(2004). New approaches in identifying drugs to inactivate oncogene products. Seminars in Cancer Biology
14: 13-21.
6Hopkins. A. L. et Groom, C. R. (2004). The druggable genome. Nature Reviews: Drug Discovery. Vol. 1 727-730.
7Lander, E. S., et al.(2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature. 409(6822), 860-921.
Venter, J. C., et al.(2001). The sequence of the human genome. Science. 291(5507). 1304-51.
9
Genoma humano: 20.000-25.000 genes
5.000 fármacos que 5.000 Genes
actúan sobre el implicados en
genoma patologías
600-1.500
dianas terapéuticas
Figura 2. Estimación del número de dianas terapéuticas del genoma humano.
Fuente: Adaptado de Hopkins, A. L. et Groom, C. R. (2004). The druggable genome. Nature Reviews: Drug Discovery.
Vol. 1, 727-730.
Debido a que existen múltiples técnicas tempranas como técnicas de apoyo en la
moleculares que permiten relacionar genes y validación de dianas.
proteínas con un determinado efecto ligado a una
enfermedad, las técnicas con una aplicación El presente informe realiza una descripción de estas
potencial a la validación de dianas son muy últimas técnicas, para posteriormente describir con
diversas. Por esta razón, algunas técnicas más detalle las técnicas de validación de dianas
moleculares de identificación de nuevas dianas relacionadas con la genómica y proteómica,
terapéuticas pueden emplearse en etapas clasificadas en función de las estrategias empleadas.
Múltiples dianas
Identificación de dianas
candidatas
Interacciones Cribado virtual Análisis de la
proteína-proteína (“in silico”) expresión génica
Algunas dianas
Validación de dianas
potenciales
Modulación Inactivación Modelos “in vitro” Modelos “in vivo”
de la transcripción de proteínas
Múltiples
Cribado de compuestos
compuestos
candidatos
Desarrollo clínico
Fármaco
Seguridad Dosificación Efectividad
candidato
Fármaco final
Figura 3. Papel de la validación de dianas en el proceso de desarrollo de nuevos fármacos.
Fuente: elaboración propia.
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