Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-09-03T16:36:35Z No. of bitstreams: 1 monete_r_gomes_ioc_bcs_0002_2010.pdf: 4408396 bytes, checksum: dc300c2a3e79c9521a3d4a99c18e5e9d (MD5) / Made available in DSpace on 2012-09-03T16:36:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 monete_r_gomes_ioc_bcs_0002_2010.pdf: 4408396 bytes, checksum: dc300c2a3e79c9521a3d4a99c18e5e9d (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / Leishmania major, Trypanosoma brucei e Trypanosoma cruzi (Tritryps) são protozoários unicelulares que causam a leishmaniose, a doença do sono e a doença de Chagas, respectivamente. Essas doenças causam ônus econômicos principalmente em regiões subtropicais e tropicais. Atualmente, não existem vacinas comercialmente disponíveis e não há tratamento eficaz para tais doenças. Isso se deve ao fato dos fármacos disponíveis apresentarem muitos efeitos colaterais e estarem propensas ao desenvolvimento de resistência. A maioria desses fármacos foi descoberta através da seleção de um grande número de compostos contra parasitas íntegros. Porém, nos últimos anos, uma nova abordagem vem ganhando espaço sob o termo de “desenho racional de fármacos”. Este termo representa a busca por compostos contra alvos moleculares específicos, visando diferenças bioquímicas e fisiológicas entre o parasita e o hospedeiro. A era pós-genômica gerou uma grande quantidade de informações que permitem a identificação ótima de novos alvos. Neste contexto, a partir de dados públicos dos genomas de Tritryps, reconstruímos as vias de processamento da informação genética (com ênfase nas vias de replicação e reparo, transcrição e tradução) nesses organismos, para adquirir uma melhor representação das enzimas envolvidas nestes processos. Estas análises permitiram estudos comparativos para identificar candidatos a novos alvos terapêuticos. Em nossa metodologia utilizamos a ferramenta AnEnPi (http://bioinfo.pdtis.fiocruz.br/AnEnPi/) para buscar nas seqüências genômicas por enzimas análogas. Utilizando os dados provindos do KEGG, primeiro houve uma etapa de clusterização das estruturas primárias de todas as enzimas desse banco de dados anotadas com o mesmo EC. Para isso utilizou-se uma pontuação (score) de similaridade no Blastp de 120, como parâmetros de corte. Encontramos 830 grupos de ECs com mais de um cluster e 1430 com um único cluster. Após isso, foi realizado um passo de reanotação. Para isto, foi rodado um novo Blastp, assumindo como ponto de corte um e-value de 10e-20, entre todas as proteínas preditas nos genomas de cada Tritryp contra todos os clusters. Desses dados geramos mapas das vias de interesse para esses organismos e os comparamos aos mapas que o KEGG disponibiliza como padrão. Identificamos alguns casos de analogia nestas vias entre seres humanos e Tritryps que podem vir a ser utilizados como novos alvos terapêuticos para o desenvolvimento de fármacos contra esses parasitas. Foi feita a modelagem por homologia de um análogo (6.1.1.-, de T. brucei), utilizando a ferramenta MHOLline. Além disso, buscamos no banco de alvos terapêuticos para doenças negligenciadas, TDRTARGETS (http://tdrtargets.org/), pelos ECs identificados como possíveis novos alvos, e não encontramos nenhuma ocorrência. Tal fato pode indicar que com a metodologia aplicada conseguimos identificar novos candidatos a alvos terapêuticos contra estes parasitas. Em análises futuras, vamos testar e-values mais restritivos na etapa de reanotação, para assim, testar o potencial de reanotação da ferramenta. / Leishmania major, Trypanos oma brucei e Trypanosoma cruzi (Tritryps) are unicellular protozoa that cause leishmaniasis, sleeping sickness and Chagas disease, respectively. These diseases cause economic burden mainly in subtropical and tropical regions. Currently, there are no commer cially available vaccines and no effective treatment for such diseases. This is because the available drugs present many side effects and are willing to develop resistance. Most of these drugs were discovered through the screening of large numbers of compo unds against whole parasites. However, a new approach has been gaining ground under the term "rational drug design", recently. This term represents the search for compounds against specific molecular targets, aiming physiological and biochemical difference s between parasites and hosts. The post - genomic era generated a lot of information that allow optimal identification of new targets. In this context, from public data of the Tritryps’ genomes, we reconstructed the genetic information processing pathway (wi th emphasis on replication and repair, transcription and translation) of these organisms, to obtain a better representation of enzymes involved in these processes. These analyses allowed comparative studies to identify candidates for new therapeutic target s. In our methodology we used the AnEnPi tool ( http://bioinfo.pdtis.fiocruz.br/AnEnPi/ ) to search the genomes for analogous enzymes. Using the data coming from KEGG, there was first a clustering step of the primary structures of all enzymes annotated with the same EC in this database. For this we used a Blastp similarity score of 120 as threshold. We found 830 groups of ECs with more than one cluster and 1430 with only one cluster. After that, we performed a reannotation step. For this task a new Blastp was done, assuming an e - value cutoff of 10e - 20 , among all pr edicted proteins, from each Tritryp genome, against all clusters. From these data we generated maps, for Tritryps, of the pathways of interest and compared them to the KEGG standard maps. We identified some cases of analogy in these pathways between humans and Tritryps that may be used as new therapeutic targets for developing drugs against these parasites. The homology modeling was done for an analog (6.1.1. - , T. brucei ), using the tool MHOLline. Furthermore we also searched in the therapeutic targets data base for neglected disease, TDRTARGES (http://tdrtargets.org/), for the ECs identified as possible new targets, and no occurrences were found. This may indicate that with the methodology applied we managed to identify new candidates for therapeutic targets against these parasites. In further analysis, we will test more restrictive e - values on the reannotation step to test the potential of reannotation of the tool.

Submitted by Anderson Silva (avargas@icict.fiocruz.br) on 2012-10-16T16:18:56Z No. of bitstreams: 1 ana_carolina_r_guimaraes_ioc_bcm_0008_2010.pdf: 7783704 bytes, checksum: c55aa365e04b94c51640b1937be9e63d (MD5) / Made available in DSpace on 2012-10-16T16:18:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ana_carolina_r_guimaraes_ioc_bcm_0008_2010.pdf: 7783704 bytes, checksum: c55aa365e04b94c51640b1937be9e63d (MD5) Previous issue date: 2010 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Laboratório de Genômica Funcional e Bioinformática. Rio de Janeiro, RJ, Brasil / O estudo da reconstrução metabólica em diversos organismos expõe a existência de compostos cruciais para a sua sobrevivência. Dentre estes compostos, estão as enzimas, responsáveis pela catálise das reações bioquímicas em vias metabólicas. Diferentemente das enzimas homólogas, as enzimas análogas (também conhecidas como enzimas isofuncionais não homólogas) são capazes de catalisar as mesmas reações, mas sem apresentar similaridade de sequência significativa no nível primário e, possivelmente, com diferentes estruturas tridimensionais. Um estudo detalhado destas enzimas pode desvendar novos mecanismos catalíticos, adicionar informações sobre a origem e evolução de vias bioquímicas e revelar alvos potenciais para o desenvolvimento de drogas. Para muitas enfermidades causadas por parasitas, as opções terapêuticas permanecem ineficientes ou inexistentes, exigindo a busca de novos alvos. Estes podem ser proteínas específicas do parasita ausentes no hospedeiro ou compostos presentes em ambos, mas com estrutura tridimensional substancialmente diferente, como as enzimas análogas. A ferramenta AnEnPi, capaz de identificar, anotar e comparar enzimas homólogas e análogas, foi desenvolvida e utilizada para reconstruir computacionalmente as vias metabólicas de alguns organismos modelo, como os tripanossomatídeos. Uma análise mais focada no metabolismo de aminoácidos de Trypanosoma cruzi identificou alvos promissores para o desenvolvimento de novas drogas. Além disso, uma revisão do metabolismo geral de T. cruzi foi realizada em outras vias metabólicas, levando em consideração esta nova abordagem de busca por potenciais alvos terapêuticos. Uma vez que a estrutura tridimensional é importante no estudo de analogia, a ferramenta MHOLline foi utilizada para a obtenção de modelos 3D a partir de homólogos, análogos e proteínas específicas de T. cruzi versus Homo sapiens. As estratégias utilizadas nesse trabalho apóiam o conceito de análise estrutural, juntamente com a análise funcional de proteínas, como uma interessante metodologia computacional para detectar potenciais alvos para o desenvolvimento de novas drogas. / The study of metabolic reconstruction in different organisms exposes the existence of crucial compounds for its survival. Examples of these compounds are the enzymes that are responsible for the catalysis of biochemical reactions in metabolic pathways. Unlike the homologous enzymes, the analogous enzymes (also known as non- homologous isofunctional enzymes) are able to catalyze the same reactions, but without significant sequence similarity at the primary level and possibly with different three-dimensional structures. A detailed study of these enzymes may exhibit new catalytic mechanisms, add information about the origin and evolution of biochemical pathways and reveal potential targets for drug development. For many diseases caused by parasites, therapeutic options remain inefficient or nonexistent, requiring the search for new drug targets. These targets may be specific proteins of the parasite (absent in the host) or compounds present in the both organisms but with different three-dimensional structure, like analogous enzymes. The tool AnEnPi approach was able to identify, annotate and compare homologous and analogous enzymes. It was developed and used to reconstruct computationally the metabolic pathways of some model organisms such as trypanosomes. A more focused analysis on the amino acids metabolism of Trypanosoma cruzi identified promising targets for the development of new drugs. Furthermore, a review of the general metabolism of T. cruzi was carried out in other metabolic pathways, taking into account this new approach in the search for potential therapeutic targets. Since the three-dimensional structure is important in the study of analogy, the tool MHOLline was used to obtain 3D models for homologous, analogous and specific proteins of T. cruzi versus Homo sapiens. The strategies used in this study support the concept that structural analysis together with protein functional analysis could be an interesting computational methodology to detect potential targets for structure-based rational drug design.