Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-10T10:37:56Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Uessiley Ribeiro Barbosa - 2016.pdf: 3901383 bytes, checksum: f52c92a81d289db26f933d75a30e8788 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-10T17:48:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Uessiley Ribeiro Barbosa - 2016.pdf: 3901383 bytes, checksum: f52c92a81d289db26f933d75a30e8788 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-10T17:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Uessiley Ribeiro Barbosa - 2016.pdf: 3901383 bytes, checksum: f52c92a81d289db26f933d75a30e8788 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-04 / The Paracoccidioides brasiliensis (Pb) is a thermo-dimorphic fungus described as the etiological agent of paracoccidioidomycosis (PCM), an important systemic mycosis in Latin America. The isocitrate lyase (ICL) is an enzyme involved in glyoxylate cycle, an alternative pathway to Krebs cycle, which has been described in fungi, bacteria and plants. The absence of this enzyme in mammals makes it an interesting target for design of specific antifungal compounds for PCM. In this work, we use in silico methods like homology modeling, molecular dynamics and virtual screening, aiming the development of inhibitors compounds for PbICL enzyme in the absence and presence of cofactor and positive control. From a molecular docking protocol, it was possible to select promising compounds by criteria of affinity and efficiency based on screening of natural products. Two regions were selected for molecular docking, one involving a region already known by the binding of argentilactona inhibitor and another region involving the cofactor Mg 2+, a possible catalytic site of ICL. All compounds selected by affinity criteria had more than 80% of success rate in achieving lower energy and allowed to describe common residues within the protein interaction for the target sites. The structural quality parameters are significantly improved after 100 ns of simulation. The structure of PbICL and PbICL with magnesium show all quality parameters as acceptable to define them as highresolution structures. All selected compounds show aromatic chains with the possibility of being a pharmacophore, which is essential for biological activity. Another interesting aspect is that, through the selected compounds, it was possible to describe structural patterns related to the ligand specificity, that might be promising for a basic chemical sketch for rational drug design. / O Paracoccidioides brasiliensis (Pb) é um fungo termo-dimórfico descrito como agente etiológico da paracoccidioidomicose (PCM), uma micose sistêmica importante na América Latina. A Isocitrato liase (ICL) é uma enzima envolvida no ciclo do glioxilato, uma via do ciclo Krebs já descritos em fungos, bactérias e plantas. Sua ausência em mamíferos faz dessa enzima, um alvo interessante para o desenho de compostos antifúngicos específicos para a PCM. Neste trabalho, utilizamos métodos in silico como modelagem por homologia, dinâmica molecular e triagem virtual na busca de compostos inibidores para enzima isocitrato liase de P brasilienses (PbICL) na ausência e presença do cofator e com a seleção de controle positivo. A partir de um protocolo de ancoragem molecular, foi possível selecionar compostos promissores por critérios de afinidade e eficiência a partir de triagens virtuais com produtos naturais. Duas regiões foram selecionadas para a ancoragem molecular, uma envolvendo uma região já conhecida pela ligação do inibidor argentilactona e outra envolvendo a região de ligação do cofator Mg2+ , posicionada no possível sítio catalítico da enzima. Todos os compostos selecionados pelo critério de afinidade tiveram mais do que 80% de sucesso em alcançar a mais baixa energia e permitiram descrever resíduos frequentes na interação proteína-inibidor para sítios alvo da enzima. Os parâmetros de qualidade da estrutura são sensivelmente melhorados após 100 ns de simulação. As estruturas de PbICL e PbICL com Mg2+ apresentam todos os parâmetros dentro do aceitável para defini-la como estrutura de alta resolução. Todos os compostos selecionados apresentaram cadeias aromáticas com possibilidade de ser um grupo farmacofórico, o qual é essencial para a atividade biológica. Outro aspecto interessante é que através dos compostos selecionados foi possível descrever padrões estruturais relacionados à especificidade do composto, os quais podem vir a ser promissores para um esqueleto básico no desenho racional de fármacos.

As estruturas e propriedades biológicas das amidas piplartina e a piperina, isoladas respectivamente de Piper tuberculatum e P. nigrum, inspiraram a síntese de 89 derivados e 7 esters estruturalmente relacionadas. As preparações envolveram metodologias tradicionais e os compostos purificados tiveram suas estruturas caracterizadas por análises espectroscópicas e espectrométricas. Os estudos de fragmentação por IE e IES indicaram a clivagem preferencial da ligação N-CO no caso das cinamamidas, dienamidas e cinamimidas. Estudos computacionais envolvendo afinidade protônica e energias de ligação confirmaram a fragmentação preferencial da ligação amídica para as amidas. A citotoxicidade de 89 substâncias foi avaliada contra três células leucêmicas (K562, Nalm6 e Raji) e a partir dos valores de IC50 foram realizados estudos de relação estrutura-atividade (SAR). As linhagens K562 e a Nalm6 foram a mais resistente e vulnerável, respectivamente, e as amidas piplartina (1a), N-Ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4,5-trimetoxifenil)propanamida (1n), e (E)-N,N-dibutil-3-(3,4-dimetoxifenil)acrilamida (13h) foram as mais ativas com IC50 de 0,34 µM; 0,84 µM e 1,88 µM contra K562 e (E)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4-dimetoxifenil)acrylamida (13i) com IC50 de 0,98 µM contra Nalm6. A avaliação de atividade leishmanicida de 18 substâncias não se mostrou promissora. As abordagens qualitativas e quantitativas foram feitas baseadas nos descritores moleculares gerados pelo programa VolSurf+. A partir de métodos quimiométricos tais com PLS, algoritmo genético, árvores de decisão foi possível gerar modelos para correlacionar às propriedades moleculares com a atividade biológica. As propriedades de absorção, distribuição, metabolismo e excreção e os equilíbrios entres as regiões hidrofílicas e hidrofóbicas foram importantes para atividade citotóxica. O estudo de ancoragem molecular mostrou que as amidas (E)-N,N-dibutil-3-(3,4,5-trimetoxifenil)acrilamida (1l), 1n, (E)-3-(4-clorofenil)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)acrilamida (5a), 13h e 13i podem atuar como inibidores das histonas desacetilases particularmente HDAC4 e HDAC8. / The structures and biological properties of the amides piplartine and piperine isolated from Piper tuberculatum and P. nigrum respectively, inspired the synthesis of derivatives 89 and 7 esters structurally related. Their preparations were achieved using classical procedures and the purified amides were submitted to spectroscopic and spectrometric characterization. The study of fragmentation process by EI and ESI suggested the preferential cleavage of the N-CO bond of cinnamamides, dienamides and cinnamimides. The cytotoxicity of 89 compounds was evaluated against three leukemic cells (K562, Nalm6 and Raji) and based on IC50 values the structure-activity relationship (SAR) was performed. While the K562 and Nalm6 cells were the more resistant and more sensitive, respectively, the amides piplartine (1a), N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)propanamide (1n) and (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13h) were in general the most active with IC50 of 0.34 µM, 0.84 µM and 1.88 µM against K562 and (E)-N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13i) with IC50 of 0.98 µM against Nalm6. The evaluation of leishmanicidal activity of 18 substances was also performed but was not promising. Qualitative and quantitative approaches were made based on molecular descriptors generated by VolSurf+ program. The chemometric methods such as PLS, genetic algorithm, decision trees generated models to correlate molecular properties with the biological activity. The absorption, distribution, metabolism and excretion properties and a balance between hydrophilic and hydrophobic moieties of the amides were important for an optimized activity. The molecular docking revealed that amides such as (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylamide (1l), 1n, (E)-3-(4-chlorophenyl)-N-cyclohexil-N-(cyclohexylcarbamoyl)acrylamide (5a), 13h and 13i have potential to act as possible inhibitors of histone deacetylase proteins particularly HDAC4 and HDAC8.

Métodos computacionais são usados para gerar estruturas de complexo proteína-ligante e estimar suas afinidades. Esse trabalho investigou como as diferentes representações da flexibilidade proteica afetam as poses obtidas por ancoragem molecular e as afinidades atribuídas a essas poses. Os mutantes L99A e L99A/M102Q da lisozima T4 foram escolhidos como sistemas modelo. Um descritor para predição de afinidades baseado na aproximação de energia de interação linear (LIE) foi parametrizado especificamente para ligantes da lisozima e foi usado para estimar as afinidades. A proteína foi representada como um grupo de estruturas cristalográficas ou de estruturas de trajetória de dinâmica molecular. O campo de força OPLS-AA para modelar a proteína e os ligantes e a aproximação de Born generalizada para modelar o solvente foram empregados. O descritor de afinidades parametrizado resultou em desvios médios entre afinidades experimentais e calculadas de 1,8 kcal/mol para um conjunto de testes. O descritor teve desempenho satisfatório na separação entre poses cristalográficas e poses falso-positivo e na identificação de poses falso-positivo. Experimentos de agrupamento de complexos realizados com o objetivo de reduzir o custo computacional para estimar afinidades apresentaram resultados insatisfatórios. As melhores aproximações da teoria do ligante implícito propostas aqui para estimar afinidades consideram conjuntos de estruturas de receptor com o mesmo peso. Configurações de ligante também apresentam o mesmo peso ou são dominadas por uma única configuração. A representação da flexibilidade requer um tratamento estatístico adequado para estimativa de afinidades. Aqui, a associação entre LIE e a teoria do ligante implícito mostrou-se frutífera. / Computational methods are used to generate protein-ligand complex structures and estimate their binding affinities. This work investigated how different representations of protein flexibility affect poses obtained by molecular docking and the affinities attributed to these poses. T4 lysozyme mutants L99A and L99A/M102Q were chosen as model systems. A descriptor for prediction of affinities based on linear interaction energy (LIE) approximation was parametrized specifically to lysozyme ligands and was used to estimate affinities. The protein was represented as a group of crystal structures or as structures from a molecular dynamics trajectory. OPLS-AA force field was used to model protein and ligands and the Generalized Born approximation was used to model solvent. The parametrized affinity descriptor resulted in average deviations between experimental and calculated affinities of 1.8 kcal/mol for a test set. Descriptor performance was satisfactory in the separation between crystal poses and false-positive ones and in the identification of false-positive poses. Clustering of complexes was tried out to reduce computational cost to estimate affinities, but results were poor. The best approximations to the implicit ligand theory proposed here in order to estimate affinities consider groups of receptor structures with the same weight. Ligand configurations also have the same weight or are dominated by only one configuration. The representation of protein flexibility requires an adequate statistical treatment when used to estimate affinities. Here, the linking between LIE and the implicit ligand theory proved itself useful.

As estruturas e propriedades biológicas das amidas piplartina e a piperina, isoladas respectivamente de Piper tuberculatum e P. nigrum, inspiraram a síntese de 89 derivados e 7 esters estruturalmente relacionadas. As preparações envolveram metodologias tradicionais e os compostos purificados tiveram suas estruturas caracterizadas por análises espectroscópicas e espectrométricas. Os estudos de fragmentação por IE e IES indicaram a clivagem preferencial da ligação N-CO no caso das cinamamidas, dienamidas e cinamimidas. Estudos computacionais envolvendo afinidade protônica e energias de ligação confirmaram a fragmentação preferencial da ligação amídica para as amidas. A citotoxicidade de 89 substâncias foi avaliada contra três células leucêmicas (K562, Nalm6 e Raji) e a partir dos valores de IC50 foram realizados estudos de relação estrutura-atividade (SAR). As linhagens K562 e a Nalm6 foram a mais resistente e vulnerável, respectivamente, e as amidas piplartina (1a), N-Ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4,5-trimetoxifenil)propanamida (1n), e (E)-N,N-dibutil-3-(3,4-dimetoxifenil)acrilamida (13h) foram as mais ativas com IC50 de 0,34 µM; 0,84 µM e 1,88 µM contra K562 e (E)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4-dimetoxifenil)acrylamida (13i) com IC50 de 0,98 µM contra Nalm6. A avaliação de atividade leishmanicida de 18 substâncias não se mostrou promissora. As abordagens qualitativas e quantitativas foram feitas baseadas nos descritores moleculares gerados pelo programa VolSurf+. A partir de métodos quimiométricos tais com PLS, algoritmo genético, árvores de decisão foi possível gerar modelos para correlacionar às propriedades moleculares com a atividade biológica. As propriedades de absorção, distribuição, metabolismo e excreção e os equilíbrios entres as regiões hidrofílicas e hidrofóbicas foram importantes para atividade citotóxica. O estudo de ancoragem molecular mostrou que as amidas (E)-N,N-dibutil-3-(3,4,5-trimetoxifenil)acrilamida (1l), 1n, (E)-3-(4-clorofenil)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)acrilamida (5a), 13h e 13i podem atuar como inibidores das histonas desacetilases particularmente HDAC4 e HDAC8. / The structures and biological properties of the amides piplartine and piperine isolated from Piper tuberculatum and P. nigrum respectively, inspired the synthesis of derivatives 89 and 7 esters structurally related. Their preparations were achieved using classical procedures and the purified amides were submitted to spectroscopic and spectrometric characterization. The study of fragmentation process by EI and ESI suggested the preferential cleavage of the N-CO bond of cinnamamides, dienamides and cinnamimides. The cytotoxicity of 89 compounds was evaluated against three leukemic cells (K562, Nalm6 and Raji) and based on IC50 values the structure-activity relationship (SAR) was performed. While the K562 and Nalm6 cells were the more resistant and more sensitive, respectively, the amides piplartine (1a), N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)propanamide (1n) and (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13h) were in general the most active with IC50 of 0.34 µM, 0.84 µM and 1.88 µM against K562 and (E)-N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13i) with IC50 of 0.98 µM against Nalm6. The evaluation of leishmanicidal activity of 18 substances was also performed but was not promising. Qualitative and quantitative approaches were made based on molecular descriptors generated by VolSurf+ program. The chemometric methods such as PLS, genetic algorithm, decision trees generated models to correlate molecular properties with the biological activity. The absorption, distribution, metabolism and excretion properties and a balance between hydrophilic and hydrophobic moieties of the amides were important for an optimized activity. The molecular docking revealed that amides such as (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylamide (1l), 1n, (E)-3-(4-chlorophenyl)-N-cyclohexil-N-(cyclohexylcarbamoyl)acrylamide (5a), 13h and 13i have potential to act as possible inhibitors of histone deacetylase proteins particularly HDAC4 and HDAC8.

Métodos computacionais são usados para gerar estruturas de complexo proteína-ligante e estimar suas afinidades. Esse trabalho investigou como as diferentes representações da flexibilidade proteica afetam as poses obtidas por ancoragem molecular e as afinidades atribuídas a essas poses. Os mutantes L99A e L99A/M102Q da lisozima T4 foram escolhidos como sistemas modelo. Um descritor para predição de afinidades baseado na aproximação de energia de interação linear (LIE) foi parametrizado especificamente para ligantes da lisozima e foi usado para estimar as afinidades. A proteína foi representada como um grupo de estruturas cristalográficas ou de estruturas de trajetória de dinâmica molecular. O campo de força OPLS-AA para modelar a proteína e os ligantes e a aproximação de Born generalizada para modelar o solvente foram empregados. O descritor de afinidades parametrizado resultou em desvios médios entre afinidades experimentais e calculadas de 1,8 kcal/mol para um conjunto de testes. O descritor teve desempenho satisfatório na separação entre poses cristalográficas e poses falso-positivo e na identificação de poses falso-positivo. Experimentos de agrupamento de complexos realizados com o objetivo de reduzir o custo computacional para estimar afinidades apresentaram resultados insatisfatórios. As melhores aproximações da teoria do ligante implícito propostas aqui para estimar afinidades consideram conjuntos de estruturas de receptor com o mesmo peso. Configurações de ligante também apresentam o mesmo peso ou são dominadas por uma única configuração. A representação da flexibilidade requer um tratamento estatístico adequado para estimativa de afinidades. Aqui, a associação entre LIE e a teoria do ligante implícito mostrou-se frutífera. / Computational methods are used to generate protein-ligand complex structures and estimate their binding affinities. This work investigated how different representations of protein flexibility affect poses obtained by molecular docking and the affinities attributed to these poses. T4 lysozyme mutants L99A and L99A/M102Q were chosen as model systems. A descriptor for prediction of affinities based on linear interaction energy (LIE) approximation was parametrized specifically to lysozyme ligands and was used to estimate affinities. The protein was represented as a group of crystal structures or as structures from a molecular dynamics trajectory. OPLS-AA force field was used to model protein and ligands and the Generalized Born approximation was used to model solvent. The parametrized affinity descriptor resulted in average deviations between experimental and calculated affinities of 1.8 kcal/mol for a test set. Descriptor performance was satisfactory in the separation between crystal poses and false-positive ones and in the identification of false-positive poses. Clustering of complexes was tried out to reduce computational cost to estimate affinities, but results were poor. The best approximations to the implicit ligand theory proposed here in order to estimate affinities consider groups of receptor structures with the same weight. Ligand configurations also have the same weight or are dominated by only one configuration. The representation of protein flexibility requires an adequate statistical treatment when used to estimate affinities. Here, the linking between LIE and the implicit ligand theory proved itself useful.

[pt] Por ser uma doença genética, resultado de uma mutação em um gene específico, que gera proteínas (CFTR) defeituosas, a Fibrose Cística é uma patologia difícil de ser tratada. Os custos para os tratamentos atualmente disponíveis são altos, sem os quais, porém, a gravidade da doença tende a crescer ainda mais. Por esse motivo, novos tratamentos farmacológicos vêm surgindo, como o Trikafta (marca registrada), uma combinação tripla de fármacos com ação sinérgica (elexacaftor, ivacaftor e tezacaftor). Porém, esse medicamento ainda não é disponível no Brasil e o acesso aos tratamentos, em geral, são onerosos. Sendo assim, este trabalho visa a síntese de compostos 1,2,3-triazóis, com possível atividade biológica frente a proteína CFTR, sugerida por ancoragem molecular. Este trabalho também visa selecionar as melhores moléculas quanto aos perfis farmacocinéticos e toxicológicos, avaliados por ferramentas computacionais como swissADME e VirtualToxLab, respectivamente. Dessa forma, a estratégia sintética para a obtenção dos compostos consiste em duas etapas sintéticas. A primeira, envolve a síntese da enaminona – (E)-3-(dimetilamino)acrilaldeido (3a-d) – por organocatálise, a partir de L-prolina e DMA-DMF (1,1-dimetoxi-N,N-dimetillmetanamina) (1). A segunda etapa inclui a reação de cicloadição 1,3-dipolar onpot entre as azidas (5a-h) e as enaminonas previamente obtidas. Assim, foi possível obter 1,2,3-triazóis 1,4-substituídos (6a-k), com rendimentos de 5 a 96 por cento. Dentre eles, a molécula 6k, N-(2-(1-(4-metoxifenil)-1H-1,2,3-triazol-4-carbonil)fenil)acetamida), destacou-se quanto aos perfis toxicológicos e também pelos resultados observados nos estudos de ancoragem molecular. Os espectros de RMN de 1H e 13C RMN confirmaram a obtenção das estruturas. / [en] Because it is a genetic disease, the result of a mutation in a specific gene, which generates defective proteins (CFTR), Cystic Fibrosis is a pathology that is difficult to be treated. The costs for currently available treatments are high, without which, however, the severity of the disease tends to increase even more. For this reason, new pharmacological treatments are emerging, such as Trikafta (trademark), a triple combination of drugs with synergistic action (elexacaftor, ivacaftor and tezacaftor). However, this drug is not yet available in Brazil and access to treatments, in general, is expensive. Therefore, this work aims at the synthesis of 1,2,3-triazole compounds, with possible biological activity against the CFTR protein, proposed by molecular anchoring. This work also aims to select the best molecules in terms of pharmacokinetic and toxicological profiles, evaluated by computational tools such as swissADME and VirtualToxpot, respectively. Thus, the synthetic strategy for obtaining the compounds consists of two synthetic steps. The first involves the synthesis of enaminone - (E)-3-(dimethylamino) acrylaldehyde (3a-d) - by organocatalysis, starting from L- proline and DMA-DMF (1,1-dimethoxy-N, N-dimethylmethanamine) (1). The second stage includes the 1,3-dipolar onpot cycloaddition reaction between the azides (5a-h) and the previously obtained enaminones. Thus, it was possible to obtain 1,4-substituted 1,2,3-triazoles (6a-k), with yields of 5 to 96 percent. Among them, the molecule 6k, N- (2- (1- (4-methoxyphenyl) -1H-1,2,3-triazol-4-carbonyl) phenyl) acetamide), stood out in terms of toxicological profiles and also by results observed in molecular anchorage studies. The 1H and 13C NMR NMR spectra confirmed the structures obtained.