Submitted by Ricardo Cedraz Duque Moliterno (ricardo.moliterno@uefs.br) on 2016-01-13T23:50:52Z No. of bitstreams: 1 TESE-FINAL-FRANCO-HENRIQUE-CORRIGIDO-V4.pdf: 27152448 bytes, checksum: 7d448c937bb21040514eedeaa37f689f (MD5) / Made available in DSpace on 2016-01-13T23:50:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE-FINAL-FRANCO-HENRIQUE-CORRIGIDO-V4.pdf: 27152448 bytes, checksum: 7d448c937bb21040514eedeaa37f689f (MD5) Previous issue date: 2015-11-06 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / According to WHO, Leishmaniasis is the second most important disease caused by protozoans. However, the available therapeutic arsenal for its treatment is limited and has low efficacy and safety profile. Once Leishmania ssp. are pteridine auxotrophs key enzymes of the folate metabolism have been targeted to circumvent this dilemma. However, Dihydrofolate Reductase-Thymidylate Synthase (DHFR-TS) inhibitors are ineffective against Leishmania major due to an alternative folate pathway regulated by Pteridine Reductase 1 (PTR1). Thus, identifying molecules that act on both enzymes is crucial to develop new leishmanicidal drugs. For that reason, the main goal of this study is to identify, through in silico approaches, (pharmacophore models), putative PTR1 inhibitors that also show structural requirements for L. major DHFR-TS inhibition. The pharmacophore models 10 and 20, PTR1 (2 H-bond donors, 4 H-bond acceptors and 3 hydrophobic centers) and DHFR-TS inhibitors (2 H-bond acceptors and 2 hydrophobic centers) respectively, show high performance to differentiate true-binders from decoys (AUCPTR1=0.90; AUCDHFR-TS=0.86) and to explain the structure-activity relationships for the inhibitors under study. Thus, these models were employed sequentially to select 10 molecules whose effect over the thermal stability of LmPTR1 was investigated by ThermoFluor?. According to this assay, two molecules stabilize LmPTR1: Z80393 (?Tm = 1.02?C) and Z33165 (?Tm = 0.9?C). Binding displacement assays with biopterin or NADPH showed that Z80393 binds within the substrate binding site, whereas Z33165 binds in the cofactor binding site. Z80303 effect over the catalytic activity of PTR1 was investigated by fluorimetry. This approach allowed us to determine the inhibitor?s potency (IC50=32.31 ? 1.18 ?M). Finally, Z80303 putative binding profile was generated by molecular docking and analyzed by Molecular Dynamics (productive phase= 15 ns). The results show that during 70% of the simulation, Z80393 H-bonds to Ser-111 and Arg-17 residues. Therefore, this study not only led to identification of a new class of LmPTR1 inhibitors, but also allowed us to determine its potency, mode of inhibition and binding profile towards its therapeutic target. / A leishmaniose tem sido indicada pela OMS como a segunda protozoose mais importante em termos de mortalidade e preval?ncia. Entretanto, o repert?rio de f?rmacos dispon?veis ? limitado e apresenta, na maioria dos casos, baixos ?ndices de efic?cia e seguran?a. Embora os protozo?rios do g?nero Leishmania sejam auxotr?ficos para folatos, inibidores da Diidrofolato Redutase-Timidilato Sintase (DHFR-TS) s?o pouco eficazes contra esse parasito. A baixa suscetibilidade se explica pela presen?a da Pteridina Redutase 1 (PTR1) que atua como via alternativa para a redu??o de ?cido f?lico ou de pteridinas n?o conjugadas, quando DHFR-TS est? inibida. Diante desse cen?rio, mol?culas que atuam sobre PTR1 e DHFR-TS de Leishmania ssp. parecem ser promissoras para o desenvolvimento de f?rmacos contra a leishmaniose. Por essa raz?o, o objetivo desse trabalho foi identificar, por triagem in silico (modelo farmacof?rico), potenciais inibidores de PTR1 que apresentem os requisitos estruturais m?nimos para inibir tamb?m DHFR de L. major. Os modelos farmacof?ricos 10 e 20, baseados em inibidores de PTR1 (2 doadores de lig. H, 4 aceitadores de lig. H e 3 centros hidrof?bicos) e DHFR-TS (2 aceitadores de lig. H e 2 centros hidrof?bicos) respectivamente, mostraram desempenho satisfat?rio em discriminar inibidores verdadeiros de falsos positivos (AUCPTR1=0,90; AUCDHFR-TS=0,86), al?m de explicarem a rela??o entre a estrutura qu?mica e a atividade biol?gica. Esses modelos foram usados sequencialmente para selecionar 10 mol?culas que tiveram seu efeito sobre a estabilidade t?rmica de LmPTR1 investigado por ThermoFluor?. Nesse ensaio foram identificadas duas mol?culas que estabilizaram LmPTR1: Z80393 (?Tm = 1,02?C) e Z33165 (?Tm = 0,9?C). Ensaios de deslocamento com biopterina ou NADPH mostraram que Z80393 compete com o substrato, enquanto Z33165 interage no s?tio do cofator. O efeito de Z80393 sobre a atividade catal?tica de LmPTR1 foi investigado por fluorimetria, permitindo determinar a pot?ncia desse inibidor (IC50=32,31 ? 1,18 ?M). Por fim, um modelo de intera??o para esse inibidor foi gerado por acoplamento molecular e a pose obtida foi analisada atrav?s de uma Din?mica Molecular com fase produtiva de 15 ns. Os resultados obtidos mostram que durante 70% da simula??o, Z80393 faz liga??es de H com os res?duos Ser-111 e Arg-17. Portanto, o presente trabalho n?o s? levou a identifica??o de uma nova classe de inibidores de LmPTR1, mas tamb?m permitiu caracterizar sua pot?ncia, modalidade de inibi??o e perfil de intera??o com seu alvo terap?utico.

A variação do número de cópias (CNV) de genes e cromossomos é uma característica comum do genoma plástico de Leishmania major, que pode estar associada à resistência do parasita à quimioterapia das leishmanioses. Em outros eucariotos, alterações na replicação do DNA ou na resposta a danos no DNA (DDR) pode levar à CNV. Nestes organismos, o complexo de checkpoint 9-1-1 (RAD9, RAD1 e HUS1) é essencial para a detecção e a sinalização do estresse de replicação e para o recrutamento de uma apropriada DDR. Já demonstramos que L. major expressa um homólogo 9-1-1 funcional. Aqui, avaliamos a deficiência de subunidades de 9-1-1 na variação do número de cópias em células selecionadas em metotrexato (MTX), um inibidor da enzima diidrofolato redutase timidilato sintetase (DHFR-TS). A seleção em MTX facilita o isolamento de células que carregam amplificações contendo o locus da DHFR-TS. Assim, selecionamos células deficientes de HUS1 ou RAD9 para resistência ao MTX sem e com exposição previa a hidroxiureia (HU), uma droga que causa estresse de replicação por inibição da ribonucleotídeo redutase, e avaliamos o efeito da deficiência destas proteínas na CNV e no tipo de amplificação gerada. Avaliamos também o efeito da deficiência destas proteínas no processo de síntese do DNA medido pela incorporação de IdU e observamos que a deficiência destas proteínas levou a um incremento na síntese do DNA na ausência de estresse de replicação e a perfis opostos de síntese do DNA após a remoção do estresse replicativo. Análises da detecção de simples fita do DNA (ssDNA) e da histona H2A fosforilada (?H2A) como indicadores do processo de estresse de replicação e dano no DNA também foram conduzidas. Em conjunto, nossos resultados indicam que (i) os níveis alterados das proteínas HUS1 e RAD9 afetam o padrão da CNV após a seleção no MTX, assim como a natureza da amplificação; (ii) HUS1 e RAD9 parecem possuir mecanismos distintos para mediar a CNV; (iii) a função destas proteínas na CNV deve envolver o processo de replicação e (iv) HUS1 e RAD9 são requeridas para a manutenção da estabilidade genômica em Leishmania. Estes resultados contribuem para uma melhor compreensão não só da evolução da via de sinalização mediada pelo complexo de checkpoint 9-1-1 nos eucariotos, mas também da bases moleculares da plasticidade genômica e do fenômeno de amplificação gênica em Leishmania. / The copy number variation (CNV) of genes and chromosomes is a common feature of the plastic genome of Leishmania major, which is normally associated with resistance of the parasite to the chemotherapy of leishmaniasis. In other eukaryotes, alteration in DNA replication and DNA damage response (DDR) causes CNV. In these organisms, the RAD9-RAD1-HUS1 (9-1-1) checkpoint complex is essential for detection and signaling of replication stress and recruitment of an appropriate DDR. We have already demonstrated that L. major expresses a functional 9-1-1 homolog. Here we evaluated the effect of 9-1-1 subunit deficiency in CNV of cells selected in methotrexate (MTX), an inhibitor of the dihydrofolate reductase thymidylate synthetase (DHFR-TS) enzyme. Selection in MTX facilitates the isolation of cells that carry amplicons containing the DHFR-TS locus. Thus, we selected HUS1 or RAD9 deficient cells for MTX resistance without and prior exposure to hydroxyurea (HU), a drug that causes replication stress due to inhibition of ribonucleotide reductase, and evaluated not only CNV, but also the nature of the amplification generated. We also evaluated the effect of deficiency of these proteins in the DNA synthesis process measured by IdU incorporation and observed that the deficiency of these proteins led to an increase in DNA synthesis in the absence of replication stress, and to opposite profiles of DNA synthesis after removal of replicative stress. Analyzes of single-stranded DNA (ssDNA) and phosphorylated histone H2A (?H2A) as indicators of replication stress and DNA damage were also conducted in both presence and absence of replicative stress. Taken together, our results indicate that (i) altered levels of HUS1 and RAD9 proteins affect the CNV pattern after selection in MTX, as well as the nature of amplification; (ii) HUS1 and RAD9 possibly have different mechanisms to mediate CNV; (iii) the function of these proteins in CNV seems to involve replication process and (iv) HUS1 and RAD9 are required for the maintenance of genomic stability in Leishmania. These findings contribute to a better understanding not only of the evolution of the signaling pathway mediated by 9-1-1 checkpoint complex in eukaryotes, but also of the molecular basis of the genome plasticity and the gene amplification phenomenon in Leishmania.

A variação do número de cópias (CNV) de genes e cromossomos é uma característica comum do genoma plástico de Leishmania major, que pode estar associada à resistência do parasita à quimioterapia das leishmanioses. Em outros eucariotos, alterações na replicação do DNA ou na resposta a danos no DNA (DDR) pode levar à CNV. Nestes organismos, o complexo de checkpoint 9-1-1 (RAD9, RAD1 e HUS1) é essencial para a detecção e a sinalização do estresse de replicação e para o recrutamento de uma apropriada DDR. Já demonstramos que L. major expressa um homólogo 9-1-1 funcional. Aqui, avaliamos a deficiência de subunidades de 9-1-1 na variação do número de cópias em células selecionadas em metotrexato (MTX), um inibidor da enzima diidrofolato redutase timidilato sintetase (DHFR-TS). A seleção em MTX facilita o isolamento de células que carregam amplificações contendo o locus da DHFR-TS. Assim, selecionamos células deficientes de HUS1 ou RAD9 para resistência ao MTX sem e com exposição previa a hidroxiureia (HU), uma droga que causa estresse de replicação por inibição da ribonucleotídeo redutase, e avaliamos o efeito da deficiência destas proteínas na CNV e no tipo de amplificação gerada. Avaliamos também o efeito da deficiência destas proteínas no processo de síntese do DNA medido pela incorporação de IdU e observamos que a deficiência destas proteínas levou a um incremento na síntese do DNA na ausência de estresse de replicação e a perfis opostos de síntese do DNA após a remoção do estresse replicativo. Análises da detecção de simples fita do DNA (ssDNA) e da histona H2A fosforilada (?H2A) como indicadores do processo de estresse de replicação e dano no DNA também foram conduzidas. Em conjunto, nossos resultados indicam que (i) os níveis alterados das proteínas HUS1 e RAD9 afetam o padrão da CNV após a seleção no MTX, assim como a natureza da amplificação; (ii) HUS1 e RAD9 parecem possuir mecanismos distintos para mediar a CNV; (iii) a função destas proteínas na CNV deve envolver o processo de replicação e (iv) HUS1 e RAD9 são requeridas para a manutenção da estabilidade genômica em Leishmania. Estes resultados contribuem para uma melhor compreensão não só da evolução da via de sinalização mediada pelo complexo de checkpoint 9-1-1 nos eucariotos, mas também da bases moleculares da plasticidade genômica e do fenômeno de amplificação gênica em Leishmania. / The copy number variation (CNV) of genes and chromosomes is a common feature of the plastic genome of Leishmania major, which is normally associated with resistance of the parasite to the chemotherapy of leishmaniasis. In other eukaryotes, alteration in DNA replication and DNA damage response (DDR) causes CNV. In these organisms, the RAD9-RAD1-HUS1 (9-1-1) checkpoint complex is essential for detection and signaling of replication stress and recruitment of an appropriate DDR. We have already demonstrated that L. major expresses a functional 9-1-1 homolog. Here we evaluated the effect of 9-1-1 subunit deficiency in CNV of cells selected in methotrexate (MTX), an inhibitor of the dihydrofolate reductase thymidylate synthetase (DHFR-TS) enzyme. Selection in MTX facilitates the isolation of cells that carry amplicons containing the DHFR-TS locus. Thus, we selected HUS1 or RAD9 deficient cells for MTX resistance without and prior exposure to hydroxyurea (HU), a drug that causes replication stress due to inhibition of ribonucleotide reductase, and evaluated not only CNV, but also the nature of the amplification generated. We also evaluated the effect of deficiency of these proteins in the DNA synthesis process measured by IdU incorporation and observed that the deficiency of these proteins led to an increase in DNA synthesis in the absence of replication stress, and to opposite profiles of DNA synthesis after removal of replicative stress. Analyzes of single-stranded DNA (ssDNA) and phosphorylated histone H2A (?H2A) as indicators of replication stress and DNA damage were also conducted in both presence and absence of replicative stress. Taken together, our results indicate that (i) altered levels of HUS1 and RAD9 proteins affect the CNV pattern after selection in MTX, as well as the nature of amplification; (ii) HUS1 and RAD9 possibly have different mechanisms to mediate CNV; (iii) the function of these proteins in CNV seems to involve replication process and (iv) HUS1 and RAD9 are required for the maintenance of genomic stability in Leishmania. These findings contribute to a better understanding not only of the evolution of the signaling pathway mediated by 9-1-1 checkpoint complex in eukaryotes, but also of the molecular basis of the genome plasticity and the gene amplification phenomenon in Leishmania.