Estudio experimental y teórico-computacional de biomarcadores de daño renal temprano causado por plomo y gentamicina y determinación de posibles mecanismos de acción sobre sus receptores celulares

Abstract

La enfermedad renal (ER) es un problema global de la salud que afecta aproximadamente 750 millones de personas. La ER es el resultado de ciertas patologías y factores de exposición ambientales, como el plomo, y fármacos que afectan de forma crónica e irreversible al tejido renal, como la gentamicina. El plomo es un metal pesado que se enlaza a sitios de unión de las proteínas, alterando su actividad biológica. La gentamicina es un antibiótico eficaz ante infecciones severas. Sin embargo, su uso está restringido ya que provoca nefrotoxicidad. Se conoce que el daño causado por la gentamicina es debido a la acumulación de este antibiótico en las células tubulares proximales, sobre el receptor megalina, que es responsable de su absorción y eliminación. Cuando la ER aguda no es detectada en una etapa temprana, puede desarrollarse a una etapa crónica. Por esta razón se buscan biomarcadores, que puedan predecir y diagnosticar la ER en una etapa temprana, identificar la ubicación, tipo y etiología de la lesión. La Molécula de Lesión Renal (KIM-1) es un biomarcador urinario no invasivo y sensible para la evaluación del daño renal. Esta proteína transmembranal está involucrada en la activación de la vía de las Proteínas Cinasas Activadas por Mitógenos (MAPK). En los últimos años se ha demostrado que las proteínas de la vía MAPK están involucradas en el mecanismo de nefrotoxicidad causada por la gentamicina. Por esta razón, es importante conocer las propiedades fisicoquímicas, electrónicas y estructurales de la gentamicina, lo que se logra con técnicas téoricas-computacionales en donde se obtienen los descriptores de la reactividad y las propiedades farmacocinéticas calculadas como la Absorción, Distribución, Metabolismo, Eliminación y Toxicidad (ADMET). Estas propiedades nos permitirán entender la interacción de la gentamicina con su receptor biológico, que es la megalina, de la cual aún no se ha determinado su estructura tridimensional debido al gran tamaño que presenta (600 kDa) y su complejidad estructural. En este trabajo se buscó correlacionar KIM-1 con las alteraciones patológicas renales por medio de la técnica de ELISA y la activación de proteínas involucradas en la vía MAPK como p-ERK ½ y otras proteínas como p21, TRPV5 y DMT1 a través de western blot. Lo anterior en respuesta a la intoxicación por plomo y gentamicina a diferentes dosis y tiempos en un modelo murino. La acumulación de gentamicina en las células renales es uno de los mecanismos de nefrotoxicidad. Esta acumulación se debe a la presencia de proteínas receptoras que permiten la entrada de gentamicina. Se sabe que este antibiótico se une a una proteína llamada megalina localizado en las células proximales del riñón. En este trabajo, se analizó las interacciones y modo de unión de la gentamicina a esta proteína, por medio de los programas Spartan18, Gaussian09, I-TASSER, AutoDock y ProSaI. Además, se estudió mediante métodos de la química teórica y computacional las propiedades electrónicas, estructurales y fisicoquímicas, empleando Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT) al nivel de teoría M06-2X en fase gas y fase solvente (agua) con el modelo de solvatación SMD. Y la determinación de las propiedades ADMET de la gentamicina, a través del programa PreADMET. Nuestros datos muestran que los niveles de KIM-1 siempre se correlacionan con la expresión de p-ERK ½ citoplasmática en riñón. Con esto se podría decir que la activación de KIM-1 y la expresión de p-ERK ½ comparten un mecanismo molecular común en la progresión del daño renal causado por el plomo y la gentamicina. La gentamicina tiene la capacidad de atravesar la barrera hematoencefalica y, además, propiedades mutagénicas. Otra propiedad determinada de la gentamicina fue la fuerte interacción con estructuras de proteínas semejantes a un canal, presentes en la megalina, esto es causado por una gran eficiencia de ligando y una elevada constante de inhibición. Sugiriendo ser la vía de entrada de la gentamicina a las células renales proximales.