Nuevos inhibidores de Akt - un enfoque interdisciplinario : desde la síntesis de derivados de acridona y xantona, hasta su evaluación en células de músculo esquelético y rabdomiosarcoma

Abstract

La vía de señalización intracelular PI3K/PDK1/Akt juega un papel crucial en la regulación de la proliferación, supervivencia y metabolismo celular, siendo frecuentemente desregulada en diversos tipos de cáncer, incluyendo el Rabdomiosarcoma (RMS). Este cáncer agresivo, que afecta principalmente a niños y adolescentes, presenta altos niveles de activación de la quinasa Akt en sus células, lo que contribuye a su resistencia a las terapias convencionales. En consecuencia, la inhibición de esta vía es un objetivo terapéutico clave. En este trabajo de Tesis Doctoral, se ha abordado el desarrollo y evaluación de una serie de derivados de acridona y xantona, como novedosos potenciales inhibidores de la vía PI3K/PDK1/Akt en líneas celulares de RMS (RD) y de músculo esquelético normal (C2C12). La primera etapa de esta investigación se centró en el diseño, síntesis y caracterización de derivados de acridona. Entre ellos, el compuesto AC5DIE se destacó por ser el más efectivo en inhibir la activación de Akt cuando fue evaluado en los modelos celulares a concentraciones de 0.5 y 1.0 µM, tras 24 y 48 horas de tratamiento, superando incluso la eficacia del inhibidor conocido LY294002. Además, se llevaron a cabo estudios teórico-computacionales para evaluar la interacción de los compuestos con PDK1, una quinasa clave en la activación de Akt. Se propone que PDK1 podría ser uno de los objetivos moleculares de esta nueva serie de derivados de acridona. Estos estudios no solo validan el potencial inhibidor de los compuestos en la vía PI3K/PDK1/Akt, sino que también sugieren su capacidad para actuar en múltiples nodos de esta, lo que aumenta su relevancia como candidatos terapéuticos. Los estudios biológicos e in silico revelaron que AC5DIE podría considerarse como el prototipo más prometedor para el desarrollo de nuevos agentes antitumorales. Por último, se diseñó, sintetizó y caracterizó el análogo oxigenado de AC5DIE, el compuesto XA5DIE, derivado de xantona que demostró tener una citotoxicidad selectiva reduciendo significativamente la viabilidad celular de células RD sin afectar la viabilidad de las células C2C12, lo que subraya su actividad selectiva en células tumorales, con un potencial terapéutico que minimiza los efectos secundarios en tejidos sanos. El enfoque multidisciplinario de esta Tesis, que combina técnicas de diseño, síntesis química, investigaciones biológicas y modelado molecular, ha permitido una caracterización exhaustiva de varios nuevos prototipos. Los resultados obtenidos no solo destacan la efectividad de los derivados de acridona y xantona como inhibidores de Akt, sino que también subrayan su baja citotoxicidad en células no cancerosas, lo que es crucial para el desarrollo de tratamientos anticancerígenos más seguros y específicos. En conclusión, los derivados de acridona y xantona sintetizados en el transcurso de esta Tesis Doctoral representan una prometedora nueva clase de inhibidores de la vía PI3K/PDK1/Akt, con potencial para avanzar hacia estudios preclínicos. Los resultados obtenidos proporcionan una base sólida para la investigación futura, enfocada en optimizar estos compuestos y evaluar su aplicación en el tratamiento de cánceres resistentes a las terapias actuales, como el Rabdomiosarcoma.

The PI3K/PDK1/Akt intracellular signaling pathway plays a crucial role in regulating cellular proliferation, survival, and metabolism, and is frequently dysregulated in various cancer types, including Rhabdomyosarcoma (RMS). This aggressive cancer, which primarily aAects children and adolescents, exhibits high levels of Akt kinase activation in its cells, contributing to resistance to conventional therapies. Consequently, inhibiting this pathway is a key therapeutic target. This Doctoral Thesis focuses on the development and evaluation of a series of acridone and xanthone derivatives as novel potential inhibitors of the PI3K/PDK1/Akt pathway in RMS (RD) and normal skeletal muscle (C2C12) cell lines. The first stage of this research focused on the design, synthesis, and characterization of acridone derivatives. Among them, the compound AC5DIE stood out as the most eAective in inhibiting Akt activation when evaluated in cellular models at concentrations of 0.5 and 1.0 µM after 24 and 48 hours of treatment, even surpassing the eAicacy of the known inhibitor LY294002. Additionally, theoretical-computational studies were conducted to assess the interaction of the compounds with PDK1, a key kinase in Akt activation. It is proposed that PDK1 could be one of the molecular targets of this new series of acridone derivatives. These studies not only validate the inhibitory potential of the compounds in the PI3K/PDK1/Akt pathway but also suggest their ability to act on multiple nodes within it, enhancing their relevance as therapeutic candidates. Biological and in silico studies revealed that AC5DIE could be considered the most promising prototype for the development of new anticancer agents. Finally, the oxygenated analog of AC5DIE, the compound XA5DIE, derived from xanthone, was designed, synthesized, and characterized. This compound demonstrated selective cytotoxicity, significantly reducing the viability of RD cells while not aAecting the viability of C2C12 cells, highlighting its selective activity in tumor cells and therapeutic potential that minimizes side eAects on healthy tissues. The multidisciplinary approach of this Thesis, which combines design techniques, chemical synthesis, biological investigations, and molecular modeling, has enabled a thorough characterization of several new prototypes. The results obtained not only highlight the eAectiveness of the acridone and xanthone derivatives as Akt inhibitors but also emphasize their low cytotoxicity in non-cancerous cells, which is crucial for developing safer and more specific anticancer treatments. In conclusion, the acridone and xanthone derivatives synthesized during this Doctoral Thesis represent a promising new class of PI3K/PDK1/Akt pathway inhibitors with the potential to advance toward preclinical studies. The results provide a solid foundation for future research aimed at optimizing these compounds and evaluating their application in the treatment of cancers resistant to current therapies, such as Rhabdomyosarcoma.