No presente trabalho, destinado a tese de doutorado, desenvolvemos um estudo da relação entre a estrutura química e atividade antimicrobiana de duas séries, a saber: Série I - quatorze cloretos N,N[(dimetilamino)etil]-benzoatos para-substituídos, onde R4 = H, CH3, C2H5, nC4H9, tC4H9, OCH3, nOC4H9, COCH3, Cl, CN, NO2, OC6H13, SO2Me, CF3 (compostos I.1 a I.14) e Série II - quatorze cloretos meta-substituídos onde R3 = H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, SO2CH3 (compostos II.1. a II.14). Os compostos haviam sido sintetizados anteriormente no grupo (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). Para as séries I e II, os valores do coeficiente de partição em n-octanol foram obtidos por cálculo (utilizando os programas CLOGP e ACD/LogP) bem como determinados experimentalmente pelo método CLAE e considerados parâmetros lipofílicos nos modelos de QSAR. Adicionalmente, para as séries I e II, os valores da posição da banda de absorção da carbonila na região do infravermelho bem como do deslocamento químico da carbonila no RMN 13C foram determinados sendo o primeiro considerado como parâmetro eletrônico nos modelos QSAR. E, ainda, para as séries I e II os valores de MR3 e de MR4 , relacionados à refratividade molar, foram obtidos da literatura e considerados nas análises QSAR . Para as séries I e II os valores de IC50 (concentração inibição 50% do crescimento) foram determinados contra, respectivamente, o fungo Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a bactéria Escherichia coli (DH5α) e considerados como parâmetros biológico nas análises QSAR. Para as séries I e II e para as séries I e II reunidas, foram gerados modelos QSAR e estes foram analisados visando avaliar a natureza e a contribuição de cada parâmetro estrutural para cada uma das atividades avaliadas. A aplicação do modelo linear resultou em modelos iestatisticamente significativos para as atividades contra o Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a Escherichia coli (DH5α) para a série I e para as séries I e II reunidas. A série II não gerou modelos lineares estatisticamente significativos. A aplicação dos modelos bilinear e parabólico foram verificadas não resultando em modelos estatisticamente significativos. Para a série I e para as séries I e II reunidas estudadas neste trabalho, as diferenças observadas nos modelos QSAR gerados para a inibição do crescimento de, respectivamente, S. cerevisiae (BY4741) e de E. coli (DH5α) podem ser, possivelmente, explicadas considerando-se as diferenças nas membranas externas de cada microorganismo. / In this PhD thesis work, we developed a quantitative structure relationship study for the antimicrobial activity of two series, namely: Series I fourteen para-substituted N,N- [(dimethylamino)ethyl)] benzoates chlorides, where R4 = -H, -CH3, -C2H5, -nC4H9, -tC4H9, -OCH3, - nOC4H9, -COCH3, -Cl, -CN, -NO2, -OC6H13, -SO2Me, -CF3 (compounds I.1 - I.14) and Series II - fourteen meta-substituted chlorides, where R3 = -H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, -SO2CH3 (compounds II.1. - II.14). These compounds had been previously synthesized in the group (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). For series I and II, the partition coefficient values in n-octanol were obtained by calculation (using the CLOGP and the ACD/LogP programs) and were obtained experimentally by HPLC method. These values were taken as lipophilic parameters in the QSAR analysis. In addition, for the series I and II, the carbonyl infrared absorption band values and 13C-NMR chemical shifts of carbonyl group were determined, being the former considered as electronic parameters in the QSAR analysis. Further, for the series I and II, the MR3 and MR4 values were taken from the literature and considered as molar refractivity related parameter in the QSAR analyses. For the series I and II, IC50 values (concentration inhibiting 50% growth) were determined against, respectively, Saccharomyces cerevisiae (BY4741) yeast and Escherichia coli (DH5α) bacteria and taken as biological parameters in the QSAR analysis. For the series I and II and for series I e II altogether, QSAR models were generated and analysed in order to determine the nature and the contribution of each structural parameter to the determined antimicrobial activities. The application of linear model resulted in statistically significant QSAR models for the activities evaluated against Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and against Escherichia coli (DH5α) for series I and for series I and II taken altogether. No statistically significant linear models were obtained for series II. The application of bilinear and parabolic models was verified, resulting in no statistically significant models. For series I and series I e II altogether, the differences observed in the generated QSAR models for the inhibition, respectively, of Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and of E. coli (DH5α) growth, can be, probably, explained considering the differences in the external membranes of each microorganism.

A tuberculose (TB) é uma doença causada pelo Mycobacterium tuberculosis. De acordo com estimativas da Organização Mundial da Saúde, a tuberculose é responsável pela morte de ~2 a 3 milhões de pessoas/ano no mundo e nos próximos 15 anos cerca de 1 bilhão de pessoas deverão ser infectadas, e destas, aproximadamente 35 milhões deverão morrer. Apesar de existirem vários medicamentos sendo utilizados no tratamento da doença, constatasse o crescimento no número de casos devido, principalmente, às variedades resistentes do M. tuberculosis. Considerando-se o aparecimento de cepas resistentes em TB, recomenda-se que novos medicamentos e/ou alvos biológicos alternativos devam ser intensivamente pesquisados. A ribonucleotídeo redutase (RNR), por exemplo, é uma proteína de interesse, pois catalisa uma etapa importante e única na síntese de novo dos dNTPs, reduzindo o ribonucleosídeo 5\' -difosfato ao seu correspondente desoxirribonucleosídeo 5\' -difosfato. A RNR é importante na síntese do DNA, e portanto, na divisão das células. Esta enzima importante, que possuí 16% de homologia com a RNR de mamíferos, é um alvo potencial para o desenvolvimento de novos fármacos, com provável aplicação no tratamento do câncer, da malária e do tripanossoma. Sabe-se que diferentes classes de compostos, através de diferentes mecanismos de ação, inibem a RNR, incluindo as α-(N)-heterocíclicas carboxaldeído tiossemicarbazonas, um dos inibidores mais potentes da RNR. Sabe-se que alguns derivados da tiossemicarbazona, inibidoras da RNR de células tumorais, apresentam atividade frente o M. tuberculosis atuando provavelmente através do mesmo mecanismo, envolvendo a inibição da correspondente RNR. Neste contexto, nesta tese de doutorado, foram aplicadas diferentes abordagens de QSAR/QSAR-3D no estudo de 40 derivados da 2-piridino-carboxaldeído tiossemicarbazona, inibidores da RNR de células H.Ep.-2, retirados de literatura selecionada (French & Blanz-Jr. 1974). Estes compostos foram divididos em cinco séries, a saber: séries A, B, C, D, e E contendo, respectivamente, 40, 39, 30, 23 e 22 compostos, na tentativa de tornar estas séries estruturalmente mais homogêneas. Para cada série, foram criados três grupos de treinamento e os respectivos grupos de teste (I, II e III), visando-se avaliar o poder de predição dos modelos gerados através das análises de QSAR/QSAR-3D. Para as análises de QSAR clássico, foram utilizados como variáveis independentes, os descritores mais relevantes gerados através do programa DRAGON e, pré-selecionados por PLS. Considerando-se a ausência de informações sobre a estrutura cristalográfica da enzima RNR do M. tuberculosis, os estudos de QSAR-3D foram iniciados empregando-se metodologias propostas em CoMFA e, em CoMSIA, implementadas no programa SYBYL. Além destas, foi realizada a modelagem por homologia da RNR do M. tuberculosis, utilizando-se o programa WHATIF. Para as abordagens CoMFA e CoMSIA as geometrias otimizadas através do método semi-empírico AM1 foram alinhadas átomo-a-átomo e, através da similaridade dos respectivos campos estéricos e eletrostáticos, utilizando-se o programa SEAL. Nos dois procedimentos a geometria do composto não substituído, um dos mais ativos na série, foi utilizada como molde considerando-se a ausência de informações sobre a conformação bioativa. A modelagem da RNR por homologia foi realizada utilizando-se como molde as estruturas cristalográficas, respectivamente, do C. ammoniagenes (código PDB 1KGN) e da S. typhimurium (código PDB 1R2F), sambas apresentando valores de identidade superior a 65%. Mais recentemente foram publicados os dados cristalográficos para a cadeia beta (subunidade menor) da RNR do M. tuberculosis (código PDB 1UZR). Os modelos CoMFA e CoMSIA gerados apresentaram valores aceitáveis para os coeficientes de correlação de predição, com altos valores para os coeficientes de correlação ajustados e baixos valores para os erros padrões. Os melhores modelos CoMFA e CoMSIA foram obtidos considerando o grupo com substituintes apenas na posição 5 do anel piridínico. Razoáveis coeficientes de correlação de predição para os modelos CoMSIA com altos coeficientes de correlação de ajuste e baixos valores para os erros padrões forma obtidos. Os mapas de contorno gerados em CoMFA e CoMSIA sugerem que grupos aceptores de ligações de hidrogênio próximos ao nitrogênio do anel piridínico deverá aumentar o valor da atividade inibitória. Esta observação está em boa concordância com os dados da literatura, na qual a formação de um complexo entre a TSC e o íon Ferro foi sugerido para a inibição da RNR. Estes estudos deverão permitir um melhor entendimento sobre as características estruturais desta classe de TSC inibidoras da RNR, como agentes antitumorais, em termos dos campos estéricos, eletrostáticos, hidrofóbico, doador e aceptor de ligações de hidrogênio, bem como a contribuição para o desenvolvimento racional de novos inibidores para esta importante enzima. Adicionalmente, dois compostos preparados em nosso laboratório, demonstraram atividade frente o M. tuberculosis, em testes realizados in vivo. / Tuberculosis is an illness caused by Mycobacterium tuberculosis. Data from World Health Organization (WHO) estimates, that about 2-3 millions of human population died by Mycobacterium tuberculosis infection and that during the next 15 years about 1 billion will be infected and 35 million will certainly die. Although, in the clinic it was found several antiTBdrugs, these numbers will increase due several reasons including M. tuberculosis resistant strains. It has been stressed the importance of novel medicines and/or alternative biological targets research projects. It is known that Ribonucleotide reductase (RNR), is an enzyme that catalyses the rate limiting step in the de novo synthesis of dNTPs, reducing the ribonucleoside 5\'-diphosphates to the corresponding deoxyribonuc1eoside 5\' -diphosphates. RNR has a critical role in the DNA synthesis and, hence, cell division. This key enzyme, that shows 16% homology when compared with mammals RNR, is a potential target for drug design of cell growth inhibitors, with potential application in cancer therapy, antimalaria and trypanosome chemotherapy. It is known that different types of compounds or species by means of different mechanism pathways can show RNR inhibition, including α-(N)-heterocyclic carboxaldehydes thiosemicarbazones that are one of the most potent classes of RNR inhibitors. More than that, some of them, that shows activity against M. tuberculosis seems to follow the same mechanism pathways proposed to the thiosemicarbazones tumor cells activity that means, that they probably are RNR inhibitors. In this study, a series of 40 α-(N)-2-formyl-pyridine thiosemicarbazone derivatives tested against RNR of H.ep.-2-cells (human epidermoid carcinoma), taken from selected literature (French & Blanz-Jr. 1974), has quantitatively analyzed by means of several QSAR/3D-QSAR approaches. These compounds were divided into 5 individual subsets, namely A, B, C, D, and E, having 40, 39, 30, 23 e 22 compounds, respectively. This procedure has been done in order to achieve more structurally homogeneous subsets. For each set, three individual training and test sets (I,II and III) have been created in order to evaluate the predictivity power of the generated QSAR/3D-QSAR models. QSAR analysis have been done using descriptors generated by DRAGON program that have been further pre-selected by PLS procedures. Considering that crystallographic data of RNR M. tuberculosis are not available in the literature, 3D-QSAR studies have been done these applying, initially, CoMFA and CoMSIA approaches, implemented in SYBYL. Homology model studies have been performed with WHATIF program CoMFA e CoMSIA approaches used optimized geometry obtained by semi-empirical AM1 methods that have been aligned by two different methods. Rigid alignment, in which the compounds were fitted atom-by-atom onto a template, based on the root mean square fit. The N(l) and C(2) atoms of the pyridine moiety and the heavy atoms of thiosemicarbazone backbone of TSC were used as template structure. (2) Field based, in which the steric and electrostatic fields, generated by the SEAL program were considered in the alignment. In both procedures the unsubstituted 2-formylpyridine thiosemicarbazone in its syn conformation, has been taken as template. Homology RNR models were done using as template crystallographic data of ammoniagenes (1KGN) and S. typhimurium (1R2F) as template, respectively, with identity larger than 65%. More recent1y new crystallographic data have been published for the beta chain (smaller subunity) of RNR do M. tuberculosis (1UZR). CoMFA and CoMSIA generated models showed acceptable predictive correlation coefficients with high fitted correlation coefficients and low standard errors. Betler CoMFA and CoMSIA models have been derived considering a homogeneous subset of TSC substituted only at 5-position in pyridine ring. Reasonable predictive correlation coefficients for CoMSIA models with high fitted correlation coefficients and very low standard errors were obtained. The derived CoMFA and CoMSIA countour maps suggested that a hydrogen bond acceptor near the nitrogen pyridine ring could enhance inhibitory activity value. This observation is in good agreement with literature, in which a complex formation between TSC and iron ion has been suggested, to RNR inhibition. These studies are expected to enhance the understanding of the structural features of this class of TSC-RNR inhibitors as antitumor agents in terms of steric, electrostatic, hydrophobic and hydrogen donor and acceptor fields as well as to contribute to rational design of inhibitors of this key enzyme. Additionally, two compounds that have been prepared by us showed activity against M. tuberculosis using in vivo test system.

Com o objetivo de buscar e identificar novo(s) inibidor(es) da cruzaína uma cisteíno-protease do Trypanosoma cruzi, o agente etiológico da doença de Chagas foram propostos, validados e, a seguir, aplicados sobre a biblioteca de compostos ZINC (3.294.714 compostos), dois modelos de virtual screening (Modelos I e II). Os modelos de virtual screening propostos, contendo seqüências de filtros físicoquímicos, farmacofóricos, de docking e de seleção por inspeção visual, foram construídos a partir de informações de 13 complexos da cruzaína e de 20 complexos de outras cisteínoprotease, cujas estruturas estão disponíveis no PDB. Numa primeira etapa, o reconhecimento detalhado das características estruturais da cruzaína foi realizado por inspeção visual; pelos campos de interação molecular, gerados pelo programa GRID; pela identificação das propriedades de interação molecular na superfície da cavidade, geradas pelo programa CA VBASE e; por simulações de dinâmica molecular. O Modelo I de virtual screeníng - obtido a partir do reconhecimento das estruturas dos 13 complexos da cruzaína depositadas no PDB - foi aplicado sobre o ZINC, selecionando 10 compostos, dos quais 6 compostos foram adquiridos e submetidos ao teste de inibição enzimática da cruzaína, para a validação experimental do modelo. Observou-se que 3 destes compostos (ZINC02470662, ZINC02682879 e ZINC03192044, respectivamente) não mostraram inibição significativa da cruzaína, nas condições experimentais utilizadas, até a concentração de 7 mM, enquanto que os 3 restantes (ZINC02663001, ZINC01936854 e ZINC03326243, respectivamente) apresentaram inibição enzimática inespecífica, sugerindo que estes últimos agem pelo mecanismo promíscuo. O mecanismo promíscuo de inibição enzimática, foi verificado pela adição de 0,1% Triton X-100 no ensaio enzimático, observando-se a correspondente perda de inibição da cruzaína. Para estes compostos, a confirmação do mecanismo promíscuo foi feita observando-se a perda de inibição da enzima, após o aumento em dez vezes da concentração da cruzaína no ensaio enzimático. O Modelo II - obtido a partir do reconhecimento das estruturas dos 13 complexos da cruzaína e dos 20 complexos de outras cisteíno-proteases, identificadas na busca por cavidades similares à cruzaína - foi aplicado sobre o banco de dados ZINC,selecionando 55 compostos dos quais 19 foram adquiridos e submetidos ao teste de inibição enzimática da cruzaína, para validação experimental do modelo. Observou-se que o composto ZINC01794422 apresentou inibição específica da enzima com constante de inibição no valor de Ki = 21 µM, enquanto que os demais 18 compostos não mostraram inibição significativa, nas condições experimentais utilizadas, até a concentração de 592 µM. O mecanismo promíscuo de inibição enzimática não foi observado, uma vez que todos os testes foram realizados com 0,1% de Triton X-100. O Modelo II identificou, ainda, mais dois inibidores da cruzaína (ZINC04899534 e ZINC01547017) que, por serem estruturalmente semelhantes aos utilizados na construção do modelo e já terem sido descritos na literatura, não foram adquiridos ou testados nos ensaios enzimáticos. Considerando apenas o novo inibidor identificado, o Modelo II apresentou uma taxa de acerto de 5,3%. Este valor esta de acordo com as taxas de acerto encontradas na literatura que variam entre 1 a 50% . / In order to search and identify new cruzain inhibitor(s) - a cysteine-protease of Trypanosoma cruzi, the etiologic agent of Chagas disease - two virtual screening schemes(Models I and II) were proposed, validated- and applied to the ZINC database (3.294.714 compounds). The proposed virtual screening models, bearing a sequence of different physicalchemical, pharmacophore and docking filters, as well as a visual inspection filter, were built from information taken from 13 cruzain complexes and from 20 complexes of other cysteine proteases, having their structures available in PDB. In a first step, a detailed recognition of the cruzain structural features and characteristics was performed through visual inspection of the enzyme environment; followed by the analysis of GRID generated molecular interaction fields; through the identification of molecular interaction properties exposed at the enzyme cavity surface, generated by the CAVBASE program; and by molecular dynamics simulations. The virtual screening Model I, - generated from the structural characteristics recognized from 13 PDB cruzain complexes - when applied to the ZINC database selected 10 compounds. For the experimental validation ofthe model, six ofthese compounds have been acquired and were tested as cruzain inhibitors. It was observed that three of the tested compounds (ZINC02470662, ZINC02682879 and ZINC03192044, respectively) did not show any significant cruzain inhibition, up to 7 mM. Meanwhile the other three tested compounds (ZINC02663001, ZINC01936854 and ZINC03326243, respectively) showed an unspecific cruzain inhibition, suggesting that an enzyme inhibition by promiscuous mechanism occurred. This mechanism was verified by the addition of 0.1% Triton X-100 on the enzymatic assay with a concomitant loss of cruzain inhibition activity. For these compounds, the confirmation of the promiscuous mechanism was also done, observing the loss of enzyme inhibition, after a ten times increase in the cruzain concentration on the enzymatic assay. The virtual screenmg Model II - generated from the structural characteristics recognized from 13 cruzain complexes and 20 complexes of other cysteine proteases, that have been identified on a search for cavities similar to cruzain - selected 55 compounds, when applied to the ZINC database. In order to experimentally validate the model, nineteen compounds have been acquired and were tested as cruzain inhibitors. It has been observed that one compound, ZINC01794422, showed a specific cruzain inhibition (Ki = 21 µM), while the other eighteen showed no significant inhibition, up to 592 µM concentration. The promiscuous mechanism of enzymatic inhibition was not observed, since 0.1% of Triton X-100 was added in ali assays. Additionally, Model II identified two other cruzain inhibitors (ZINC04899534 and ZINC01547017). However, these compounds have not been acquired or tested, since they are known cruzain inhibitors - already described in the literature and are structurally similar to the inhibitors used in the construction of the mode!. Referring to new inhibitors found, Model II showed a hit rate of 5,3%. This value is in agreement with those found in the literature, which ranges from 1 to 50%.

Bases de Mannich têm sido sintetizadas como pró-fármacos de cetonas α,β-insaturadas, 22, 20 sendo estas importantes no tratamento do câncer. 20 Assim, toma-se de interesse o desenvolvimento de estudos de QSAR envolvendo bases de Mannich com propriedades citotóxicas e/ou anticâncer, contribuindo-se, para o entendimento da(s) interação(ões) destes compostos (agentes alquilantes) no sistema biológico. 40, 5, 36, 53 Neste trabalho, destinado a dissertação de mestrado, foram preparadas e purificadas por métodos triviais descritos na literatura 8 47 duas séries de derivados de bases de Mannich, a saber: nove cloretos de 3-(dimetilamino)-propiofenonas-4-X-substituidas (série I, compostos I.1 a I.9), e seis dos correspondentes iodetos de 3-(trimetilamino )propiofenonas-4-X-substituídas (série II, compostos II.1 a II.6). Destes, quatro não estão descritos na literatura. A seleção dos substituintes foi feita visando obter intercorrelações não significativas entre os correspondentes valores dos parâmetros físico-químicos analisados (π, σp e MR4). 45 Outro critério considerado, se refere as faixas de variação para cada parâmetro físico-químico analisado. 62, 31, 15 Para a série II, estes critérios foram parcialmente contemplados. Em seguida, para cada composto preparado, foram determinados experimentalmente e/ou retirados da literatura 45 e/ou calculados parâmetros parâmetros fisico-químicos/estruturais descritores de propriedades, respectivamente: hidrofóbicas/lipofílicas (π, logPcalc e logP app (sendo os valores este último determinados somente para os compostos da serie I)); eletrônicas/polares (σp, σp+, σp-, σI, σR, T, R, γ13C=0 e νC=0) e, ainda aquela relativa à polarizabilidade (MR4). Como parâmetro biológico para os compostos das series I e II foram determinados os valores da potência citotóxica, expressos por log(1/IC50). A seguir, com o objetivo de se desenvolver estudos de QSAR, aplicando a abordagem tradicional 40 para os compostos respectivamente das séries I e II, e a abordagem mista, 62, 63, 53 que considera as duas séries conjuntamente, foram propostos respectivamente modelos expressos pelas equações IV.4 e IV.6: log(1/IC50)= -0,27(±0,23)δ13C=0 -0,48(±0,35)logPcalc + 56,32(±44,30) eq.IV.4 (n=9;r=0,87;s=0,17;F=9,23;Q2=0,36;SPRESS=0,28) log(1/IC50)=-0,56(±0,27)π+0,35(±0,29)MR4+0,23(±0,22)I[N(Me)3]+-I+1,53(±0,22) eq.IV.6 (n=15;r=0,82;s=0,18;F=7,64;Q2=0,43;SPRESS=0,24 Primeiramente, através da análise do modelo expresso pela equação IV.4 foi possível avaliar as naturezas e contribuições relativas dos parâmetros estruturais responsáveis pela citotoxicidade dos compostos da série I. Em seguida, através da análise do modelo expresso pela equação IV.6 foi possível avaliar a contribuição dos parâmetros físico-químicos, bem como a contribuição da variação estrutural existente entre as séries I e II, responsáveis pela citotoxicidade dos compostos. A interpretação e significado de I[N(Me)3]+I-, que assume valor 0 para os compostos da série I e valor 1 para os compostos da série II, foi discutida em termos estruturais. Nenhum modelo com significado estatístico foi obtido para os compostos da série II. E, tanto para a série I, bem como para as séries I e II, a aplicação dos modelos tanto parabólico como bilinear não resultou em correlações estatisticamente significativas. Pela análise dos modelos foi possível, pelo menos em parte, o entendimento da(s) interação(ões) dos derivados de bases de Mannich no sistema biológico. 40, 5, 36, 53. / Mannich bases have been used as prodrugs of α,β-unsaturated ketones that are important in the cancer therapy 80, 22. In this way, a QSAR study 20, 81 was performed with two sets of Mannich bases derivatives, namely: 3-(dimethylamine)-propiophenon-4-X-substituted hydrochlorides (set I, composed of nine derivatives) and 3-(trimethylamine)propiophenon-4-X-substituted iodines (set II, composed of six derivatives). The sets I and II were prepared by trivial methods described in the literature 58,8. For each compound the physicochemical/structural descriptors, hydrophobic/lipophilic (π, logPcalc and logP app (it was determined only for set I), electronic/polar (σp, σp+, σp-, σI, σR, T, R, γ13C=0 e νC=0) and the polarizability related (MR4), were determined experimentally and/or calculated and/or obtained from the literature 7. The biological parameter was the cytotoxic potency, expressed by values of log(1/IC50). In order to investigate 1he interaction of this class of compounds wi1h the biological system a QSAR study was performed 20, 81. The most significant QSAR models obtained for set I and sets I and II altogether, were expressed respectively by equations 1 and 2. log(1/IC50)= -0,27(±0,23)δ13C=0 -0,48(±0,35)logPcalc + 56,32(±44,30) eq.1 (n=9;r=0,87;s=0,17;F=9,23;Q2=0,36;SPRESS=0,28) log(1/IC50)=-0,56(±0,27)π+0,35(±0,29)MR4+0,23(±0,22)I[N(Me)3]+-I+1,53(±0,22) eq.2 (n=15;r=0,82;s=0,18;F=7,64;Q2=0,43;SPRESS=0,24 To equation 2 was included an variable indicator I[N(Me)3]+I- that assumed the value 0 for set I compounds and the value of 1 for set II compounds. The interpretation and meaning of I[N(Me)3]+I-, were discussed in structural terms. No significant models were obtained for the compounds of the set II. For set I and sets I and II altogether, the application of the parabolic and the bilinear models were verified and showed to be not statistically significant.

No presente trabalho, destinado a tese de doutorado, desenvolvemos um estudo da relação entre a estrutura química e atividade antimicrobiana de duas séries, a saber: Série I - quatorze cloretos N,N[(dimetilamino)etil]-benzoatos para-substituídos, onde R4 = H, CH3, C2H5, nC4H9, tC4H9, OCH3, nOC4H9, COCH3, Cl, CN, NO2, OC6H13, SO2Me, CF3 (compostos I.1 a I.14) e Série II - quatorze cloretos meta-substituídos onde R3 = H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, SO2CH3 (compostos II.1. a II.14). Os compostos haviam sido sintetizados anteriormente no grupo (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). Para as séries I e II, os valores do coeficiente de partição em n-octanol foram obtidos por cálculo (utilizando os programas CLOGP e ACD/LogP) bem como determinados experimentalmente pelo método CLAE e considerados parâmetros lipofílicos nos modelos de QSAR. Adicionalmente, para as séries I e II, os valores da posição da banda de absorção da carbonila na região do infravermelho bem como do deslocamento químico da carbonila no RMN 13C foram determinados sendo o primeiro considerado como parâmetro eletrônico nos modelos QSAR. E, ainda, para as séries I e II os valores de MR3 e de MR4 , relacionados à refratividade molar, foram obtidos da literatura e considerados nas análises QSAR . Para as séries I e II os valores de IC50 (concentração inibição 50% do crescimento) foram determinados contra, respectivamente, o fungo Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a bactéria Escherichia coli (DH5α) e considerados como parâmetros biológico nas análises QSAR. Para as séries I e II e para as séries I e II reunidas, foram gerados modelos QSAR e estes foram analisados visando avaliar a natureza e a contribuição de cada parâmetro estrutural para cada uma das atividades avaliadas. A aplicação do modelo linear resultou em modelos iestatisticamente significativos para as atividades contra o Saccharomyces cerevisiae (BY4741) e contra a Escherichia coli (DH5α) para a série I e para as séries I e II reunidas. A série II não gerou modelos lineares estatisticamente significativos. A aplicação dos modelos bilinear e parabólico foram verificadas não resultando em modelos estatisticamente significativos. Para a série I e para as séries I e II reunidas estudadas neste trabalho, as diferenças observadas nos modelos QSAR gerados para a inibição do crescimento de, respectivamente, S. cerevisiae (BY4741) e de E. coli (DH5α) podem ser, possivelmente, explicadas considerando-se as diferenças nas membranas externas de cada microorganismo. / In this PhD thesis work, we developed a quantitative structure relationship study for the antimicrobial activity of two series, namely: Series I fourteen para-substituted N,N- [(dimethylamino)ethyl)] benzoates chlorides, where R4 = -H, -CH3, -C2H5, -nC4H9, -tC4H9, -OCH3, - nOC4H9, -COCH3, -Cl, -CN, -NO2, -OC6H13, -SO2Me, -CF3 (compounds I.1 - I.14) and Series II - fourteen meta-substituted chlorides, where R3 = -H, -CH3, -OCH3, -OC2H5, -OC4H9, -F, -Cl, -Br, -I, -NO2, -CN, -CF3, -N(CH3)2, -SO2CH3 (compounds II.1. - II.14). These compounds had been previously synthesized in the group (Amaral et al, 1997; Sousa, 1997). For series I and II, the partition coefficient values in n-octanol were obtained by calculation (using the CLOGP and the ACD/LogP programs) and were obtained experimentally by HPLC method. These values were taken as lipophilic parameters in the QSAR analysis. In addition, for the series I and II, the carbonyl infrared absorption band values and 13C-NMR chemical shifts of carbonyl group were determined, being the former considered as electronic parameters in the QSAR analysis. Further, for the series I and II, the MR3 and MR4 values were taken from the literature and considered as molar refractivity related parameter in the QSAR analyses. For the series I and II, IC50 values (concentration inhibiting 50% growth) were determined against, respectively, Saccharomyces cerevisiae (BY4741) yeast and Escherichia coli (DH5α) bacteria and taken as biological parameters in the QSAR analysis. For the series I and II and for series I e II altogether, QSAR models were generated and analysed in order to determine the nature and the contribution of each structural parameter to the determined antimicrobial activities. The application of linear model resulted in statistically significant QSAR models for the activities evaluated against Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and against Escherichia coli (DH5α) for series I and for series I and II taken altogether. No statistically significant linear models were obtained for series II. The application of bilinear and parabolic models was verified, resulting in no statistically significant models. For series I and series I e II altogether, the differences observed in the generated QSAR models for the inhibition, respectively, of Saccharomyces cerevisiae (BY4741) and of E. coli (DH5α) growth, can be, probably, explained considering the differences in the external membranes of each microorganism.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:10:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese M nodosa Final I.pdf: 3081089 bytes, checksum: 1751ddbcf974cb6b37ba7e8b90043507 (MD5) Previous issue date: 2008-12-18 / Memora nodosa (Silva Manso) Miers is a native savannah plant popularly used for wound cicatrization (leaves and stems) and for treating abdominal pains and scabies (roots). The purpose of this work is to study the morphoanatomy and determine the composition and variability of the constituents of the essential oil obtained from the M. nodosa leaves, as well as its antimicrobial, leishmanicidal, cicatrizing activity and toxicity. Morphologically, M. nodosa is a bush with clumps of straight or curved stems. It has a deep, pivoting root and presents a chandelier shaped structure in the upper part from where the stems sprout. It presents compound, bipinnate, imparipinnate, oppositely crossed leaves. The inflorescence is racemose with golden-yellow flowers. It is characterized by septifrague capsule type fruit with replum and winged seeds. Anatomically the leaves are hypostomatic with predominantly paracytic stomates. The epidermis is uniseriate with a thick cuticle and glandular trichomes throughout the structure of the young leaves. The essential oil from the M. nodosa leaves collected from seven different locations in the Brazilian savannah was analyzed by GC(FID) and GC/MS. Five substances were identified, benzaldehyde and 1- octene-3-ol were the main constituents. Two different classes regarding sampling location and constituents were identified by means of the principal component and grouping analyses. The antimicrobial activity of the ethanolic extracts from leaves, stems, roots and of essential oil from leaves, and the fractions obtained from the roots, were assessed against Grampositive and Gram-negative bacteria, as well as the Candida albicans fungus, using well diffusion test and the agar dilution method. The ethanolic extract from the roots presented small antimicrobial activity while the hexane and dichloromethane fractions obtained from this extract presented MIC 0.39 mg/mL and 0.78 mg/mL against a number of Gram-positive bacteria and the Candida albicans fungus. The essential oil presented MIC 0.78 mg/mL to 1.56 mg/mL. The antimicrobial activity of the essential oil was the result of synergic action between the benzaldehyde, 1-octene-3-ol, 1-octanol, linalool and the mandelonitrile, constituents of the essential oil. Promastigote forms of Leishmania chagasi were used for the leishmanicidal assessment and it was verified that the ethanol extract from the leaves presented an IC50 of 93.2 μg/mL and from the roots presented an IC50 of 95.87 μg/mL. The hexane fraction from the roots presented an IC50 of 13.51μg/mL. A mixture of β-sitosterol and stigmasterol was isolated and identified in the hexane fraction obtained from the ethanol extract from the roots. This mixture was tested against L. chagasi resulting in an IC50 of 69.79 μg/mL. The cicatrizing activity of the ethanol extract from the leaves and roots was assessed on skin wounds in rats, and it be noted reepithelization occurred faster only in the group treated with a 2% aqueous solution of the ethanol extract from the roots. This action may be related to the alantoine isolated in the ethanol extract from the roots. The toxicity assessment of the ethanol extracts from roots, leaves and hexane fraction obtained from M . nodosa roots, tested on rats, mice and Artemia salina proved that this plant is not potentially toxic. In conclusion, according to the tests performed, the best results were obtained with ethanolic extract and it presented antimicrobial, wound cicatrization and leishmanicidal activities. Hexane and dichloromethane fractions obtained from roots extract presented antimicrobial activity against Gram-positive bacteria and the Candida albicans fungus and hexane fraction strong leishmanicidal activity. / A Memora nodosa (Silva Manso) Miers é uma planta nativa do Cerrado e utilizada popularmente na cicatrização de feridas (folhas e caules) e no tratamento de dores abdominais e sarnas (raízes). Este trabalho objetivou realizar o estudo morfoanatômico, determinar a composição química e a variabilidade dos constituintes do óleo essencial obtido das folhas e avaliar a atividade antimicrobiana, leishmanicida e cicatrizante e a toxicidade dos extratos e frações da M. nodosa. Morfologicamente, observou-se que a M. nodosa é um arbusto com caules retos ou escandentes reunidos em touceiras. A raiz é pivotante, profunda e apresenta, na parte superior, uma estrutura em candelabro de onde se originam os caules. As folhas são opostas cruzadas, recompostas, bipinadas, imparipinadas, com foliólulos lanceolados. A inflorescência é racemosa com flores de cor amarelo-ouro. O fruto é do tipo cápsula septífraga com abertura longitudinal e sementes aladas. Anatomicamente, as folhas são hipoestomáticas, com estômatos predominantemente paracíticos. A epiderme é unisseriada, com cutícula espessa em todas as estruturas das folhas. Tricomas glandulares e tectores são observados nas folhas e caules jovens. O óleo essencial das folhas da M. nodosa coletadas em sete localidades diferentes do Cerrado brasileiro foi analisado por CG (DIC) e CG/EM. Cinco substâncias foram identificadas, sendo o benzaldeído e o 1-octen-3-ol os principais constituintes. A análise dos componentes principais e dos agrupamentos possibilitou a distinção de duas classes diferenciadas em relação ao local da amostragem e aos constituintes. As atividades antimicrobianas dos extratos etanólicos das folhas, dos caules e das raízes, do óleo essencial das folhas e das frações obtidas das raízes foram avaliadas usando teste de difusão em poço e o método de diluição em ágar. O extrato etanólico das raízes apresentou atividade antimicrobiana fraca, enquanto as frações hexano e diclorometano, obtidas desse extrato, mostraram atividade de forte a moderada contra várias bactérias Gram-positivas e contra o fungo Candida albicans. O óleo essencial obtido das folhas apresentou CIM de 0,78 mg/mL a 1,56 mg/mL contra bactérias Gram-positivas e Candida albicans. Constatou-se que a atividade antimicrobiana do óleo essencial se deve a ação sinérgica entre o benzaldeído, o 1- octen-3-ol, o 1-octanol, o linalol e a mandelonitrila, constituintes do óleo essencial. A atividade cicatrizante dos extratos etanólicos das folhas e raízes foi avaliada em feridas cutâneas de ratos e observou-se uma aceleração na reepitelização apenas no grupo tratado com solução aquosa a 2% do extrato etanólico das raízes. Essa ação pode estar relacionada com a alantoína, isolada do extrato etanólico das raízes. Na avaliação da atividade leihsmanicida, empregaram-se culturas com formas promastigotas de Leishmania chagasi e verificou-se que o extrato etanólico das folhas apresentou IC50 de 93,2 μg/mL e as raízes IC50 de 95,87 μg/mL. A fração hexano obtida das raízes apresentou IC50 de 13,51 μg/mL. Da fração hexano obtida do extrato etanólico das raízes foi isolado e identificado uma mistura de β-sitosterol e estigmasterol. Essa mistura foi testada contra L. chagasi, obtendo-se IC50 de 69,79 μg/mL. A avaliação da toxicidade aguda dos extratos etanólicos das folhas, das raízes e da fração hexano obtidas das raízes empregando como modelos experimentais ratos e camundongos e o teste de citotoxicidade utilizando Artemia salina mostraram que essa planta não é potencialmente tóxica. Conclui-se que os melhores resultados foram obtido com extrato etanólico das raízes, que apresentou atividade antimicrobiana, cicatrizante e leishmanicida.As frações hexano e diclorometano, obtidas das raízes, apresentaram bom potencial antimicrobiano contra bactérias Gram-positivas e o fungo C. albicans e a fração hexano forte atividade leishmnicida.

Com o objetivo de buscar e identificar novo(s) inibidor(es) da cruzaína uma cisteíno-protease do Trypanosoma cruzi, o agente etiológico da doença de Chagas foram propostos, validados e, a seguir, aplicados sobre a biblioteca de compostos ZINC (3.294.714 compostos), dois modelos de virtual screening (Modelos I e II). Os modelos de virtual screening propostos, contendo seqüências de filtros físicoquímicos, farmacofóricos, de docking e de seleção por inspeção visual, foram construídos a partir de informações de 13 complexos da cruzaína e de 20 complexos de outras cisteínoprotease, cujas estruturas estão disponíveis no PDB. Numa primeira etapa, o reconhecimento detalhado das características estruturais da cruzaína foi realizado por inspeção visual; pelos campos de interação molecular, gerados pelo programa GRID; pela identificação das propriedades de interação molecular na superfície da cavidade, geradas pelo programa CA VBASE e; por simulações de dinâmica molecular. O Modelo I de virtual screeníng - obtido a partir do reconhecimento das estruturas dos 13 complexos da cruzaína depositadas no PDB - foi aplicado sobre o ZINC, selecionando 10 compostos, dos quais 6 compostos foram adquiridos e submetidos ao teste de inibição enzimática da cruzaína, para a validação experimental do modelo. Observou-se que 3 destes compostos (ZINC02470662, ZINC02682879 e ZINC03192044, respectivamente) não mostraram inibição significativa da cruzaína, nas condições experimentais utilizadas, até a concentração de 7 mM, enquanto que os 3 restantes (ZINC02663001, ZINC01936854 e ZINC03326243, respectivamente) apresentaram inibição enzimática inespecífica, sugerindo que estes últimos agem pelo mecanismo promíscuo. O mecanismo promíscuo de inibição enzimática, foi verificado pela adição de 0,1% Triton X-100 no ensaio enzimático, observando-se a correspondente perda de inibição da cruzaína. Para estes compostos, a confirmação do mecanismo promíscuo foi feita observando-se a perda de inibição da enzima, após o aumento em dez vezes da concentração da cruzaína no ensaio enzimático. O Modelo II - obtido a partir do reconhecimento das estruturas dos 13 complexos da cruzaína e dos 20 complexos de outras cisteíno-proteases, identificadas na busca por cavidades similares à cruzaína - foi aplicado sobre o banco de dados ZINC,selecionando 55 compostos dos quais 19 foram adquiridos e submetidos ao teste de inibição enzimática da cruzaína, para validação experimental do modelo. Observou-se que o composto ZINC01794422 apresentou inibição específica da enzima com constante de inibição no valor de Ki = 21 µM, enquanto que os demais 18 compostos não mostraram inibição significativa, nas condições experimentais utilizadas, até a concentração de 592 µM. O mecanismo promíscuo de inibição enzimática não foi observado, uma vez que todos os testes foram realizados com 0,1% de Triton X-100. O Modelo II identificou, ainda, mais dois inibidores da cruzaína (ZINC04899534 e ZINC01547017) que, por serem estruturalmente semelhantes aos utilizados na construção do modelo e já terem sido descritos na literatura, não foram adquiridos ou testados nos ensaios enzimáticos. Considerando apenas o novo inibidor identificado, o Modelo II apresentou uma taxa de acerto de 5,3%. Este valor esta de acordo com as taxas de acerto encontradas na literatura que variam entre 1 a 50% . / In order to search and identify new cruzain inhibitor(s) - a cysteine-protease of Trypanosoma cruzi, the etiologic agent of Chagas disease - two virtual screening schemes(Models I and II) were proposed, validated- and applied to the ZINC database (3.294.714 compounds). The proposed virtual screening models, bearing a sequence of different physicalchemical, pharmacophore and docking filters, as well as a visual inspection filter, were built from information taken from 13 cruzain complexes and from 20 complexes of other cysteine proteases, having their structures available in PDB. In a first step, a detailed recognition of the cruzain structural features and characteristics was performed through visual inspection of the enzyme environment; followed by the analysis of GRID generated molecular interaction fields; through the identification of molecular interaction properties exposed at the enzyme cavity surface, generated by the CAVBASE program; and by molecular dynamics simulations. The virtual screening Model I, - generated from the structural characteristics recognized from 13 PDB cruzain complexes - when applied to the ZINC database selected 10 compounds. For the experimental validation ofthe model, six ofthese compounds have been acquired and were tested as cruzain inhibitors. It was observed that three of the tested compounds (ZINC02470662, ZINC02682879 and ZINC03192044, respectively) did not show any significant cruzain inhibition, up to 7 mM. Meanwhile the other three tested compounds (ZINC02663001, ZINC01936854 and ZINC03326243, respectively) showed an unspecific cruzain inhibition, suggesting that an enzyme inhibition by promiscuous mechanism occurred. This mechanism was verified by the addition of 0.1% Triton X-100 on the enzymatic assay with a concomitant loss of cruzain inhibition activity. For these compounds, the confirmation of the promiscuous mechanism was also done, observing the loss of enzyme inhibition, after a ten times increase in the cruzain concentration on the enzymatic assay. The virtual screenmg Model II - generated from the structural characteristics recognized from 13 cruzain complexes and 20 complexes of other cysteine proteases, that have been identified on a search for cavities similar to cruzain - selected 55 compounds, when applied to the ZINC database. In order to experimentally validate the model, nineteen compounds have been acquired and were tested as cruzain inhibitors. It has been observed that one compound, ZINC01794422, showed a specific cruzain inhibition (Ki = 21 µM), while the other eighteen showed no significant inhibition, up to 592 µM concentration. The promiscuous mechanism of enzymatic inhibition was not observed, since 0.1% of Triton X-100 was added in ali assays. Additionally, Model II identified two other cruzain inhibitors (ZINC04899534 and ZINC01547017). However, these compounds have not been acquired or tested, since they are known cruzain inhibitors - already described in the literature and are structurally similar to the inhibitors used in the construction of the mode!. Referring to new inhibitors found, Model II showed a hit rate of 5,3%. This value is in agreement with those found in the literature, which ranges from 1 to 50%.