A cruzaína é a principal cisteíno protease encontrada no parasito Trypanosoma cruzi, o agente etiológico da Doença de Chagas. A enzima é essencial para o desenvolvimento e sobrevivência do parasito dentro do hospedeiro e possui uma excelente validação pré-clínica como alvo susceptível à ação de fármacos. Várias classes de inibidores peptídicos reversíveis e irreversíveis, baseados no estado de transição, inibem efetivamente a cruzaína. No entanto, a maioria destes inibidores ainda não apresenta perfis farmacodinâmicos/farmacocinéticos adequados e/ou estão relacionados com potenciais efeitos fora do alvo (do inglês, off-target). Com o objetivo de encontrar inibidores mais eficientes e seletivos, foi aplicado uma abordagem de planejamento de ligantes baseada em hipótese, combinando quiminformática, síntese orgânica, ensaios bioquímicos e determinação do modo de interação para validar os compostos planejados como inibidores de cruzaína. Neste trabalho, é mostrado um conjunto de dipeptidil-nitrilas que foram sintetizadas e avaliadas com base nestes métodos para investigar as interações nos subsítios S1, S2 e S3 de cruzaína. Nossos resultados demonstram o sucesso da abordagem aplicada que resultou na identificação de vários inibidores da cruzaína em concentrações que chegam a sub-micromolar. Alguns dos compostos dessa classe de dipeptidil-nitrilas também são agentes tripanossomicidas por apresentar concentrações efetivas com formas infectivas do T. cruzi em baixo micromolar. / Cruzain is the major cysteine protease found in the parasite Trypanosoma cruzi, the etiologic agent of Chagas disease. The enzyme is essential for the development and survival of the parasite within host cells, having excellent pre-clinical validation evidence as a druggable target. Several classes of peptide inhibitors including transition state-based reversible and irreversible ones effectively inhibit cruzain. However, most of these inhibitors still have poor PK/PD profiles and are related with potential off target effects. In order to find more efficient and selective inhibitors, we have applied the hypothesis driven ligand design approach, combining cheminformatics, organic synthesis, biochemical assays and mode of binding determination to validate the designed compounds as cruzain inhibitors. Here, we show a set of dipeptidyl nitriles that were synthetized and evaluated based on these methods to probe interactions at S1, S2 and S3 pockets of cruzain binding site. Our results unveil the success of the applied approach that yielded in the identification of several cruzain inhibitors at sub-micromolar concentrations. Some of the compounds of this class of dipeptidyl nitriles are also trypanocidal agents with effective concentrations in the low micromolar range against infective forms of T. cruzi.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:36:39Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 655720 bytes, checksum: 45203cde01cfaaa9a0bd784688103fd6 (MD5) Previous issue date: 2009-02-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The goals of this work were to determine the time in which occurs the vascular occlusion and the contribution of the peroxidase (POD) and polyphenoloxidase (PPO) in this process; partially purify and characterize these enzymes and verify the effect of the use of enzymatic inhibitors combined or not with sucrose in the pulsing solution on the postharvest life of the bird-of-paradise. To determine the time of occlusion, the stalks were dry stored for different periods of time (0, 8, 16, 24, 32, 40 and 48 hours), and after being placed in water. The variation of fresh mass and the relative water content (RWC) of the sepals were evaluated within the first 24 hours, and the POD and PPO activity were determined after 100 hours. Harvested flowers were immediately placed in water and had their fresh mass variation, and POD and PPO activity daily evaluated up to 8th day, when the first floret was complete wilted. Flowers maintained for 16 hours under dry storage recuperated the initial fresh mass index and RWC after being placed in water, suggesting that the vascular occlusion occured after 16 hours of dry storage. The POD activity was higher in control stalks and the PPO was higher in stalks which suffered moderated water stress (16, 24, 32 and 40 hours). Throughout the vase life, the POD activity reached the highest level in the 8th day of vase life, and the PPO was kept constant. The POD activity was higher than the PPO in all the analyses, suggesting a higher influence of the POD in the xylematic occlusion of this specie. In the process of enzymatic characterization, the ideal pH and the optimum temperature for both enzymes were determined, as well as the optimum substrate for the PPO. The stability in different pHs, thermal stability and the effect of different inhibitors were also observed. The highest activity of POD was found in pH 5.0 and 60ºC, and the prexi incubation for 120 minutes in pH 2.5 and 25ºC lead to the inhibition of 93.1% of the initial activity, 120 minutes in 70ºC to 98.7% of inhibition and 80ºC for 10 minutes or 90ºC for 1 minute lead to complete inactivation. A complete inhibition of this enzyme was also achieved in the presence of different inhibitors, like ascorbic acid, L-cysteine, sodium metabissulfite, sodium azide, β-mercaptoethanol and DTT. The PPO presented the highest activity with 4-methylcatecol as substrate, in pH 6.0 and 40ºC. Complete inactivation of this enzyme was obtaining by incubating for 10 minutes at 80ºC or using 1 mM of DTT, L-cisteyne, sodium metabissulfite and β-mercaptoethanol. Finally, different pulsing solutions containing enzymatic inhibitors, combined or not with sucrose 40% were applied for 24 hours. The fresh mass variation, RWC and number of open florets were daily determined, and the longevity was determined until the wilting of the last opened floret. From the inhibitors applied alone, the sodium azide was able to provide the highest values of fresh mass, longest longevity and highest number of open florets. Combined with sucrose, the ascorbic acid and the sodium azide were able to provide the best results, with the highest number of open florets and longer longevity. The occlusion of xylematic vessels of this specie is related to the POD and PPO activity and the use of pulsing solutions containing enzymatic inhibitors is a viable technique to extend the vase life of bird-of-paradise of flowers. / Os objetivos deste trabalho foram: determinar o momento de ocorrência do bloqueio vascular e a contribuição da peroxidase (POD) e polifenoloxidase (PPO) neste processo; purificar parcialmente e caracterizar essas enzimas; e verificar o efeito da utilização de inibidores enzimáticos combinados ou não com sacarose na solução de pulsing sobre a vida pós-colheita de ave-do-paraíso. Para determinar o tempo para a oclusão, hastes florais foram armazenadas a seco por diferentes períodos (0, 8, 16, 24, 32, 40 e 48 horas), e após foram colocadas na água. A variação de massa fresca e o teor relativo de água (TRA) das sépalas foram avaliados nas primeiras 24 horas, e a atividade da POD e PPO foram determinadas após 100 horas. Flores colhidas e colocadas imediatamente na água, tiveram sua variação de massa fresca, e atividade da POD e PPO avaliadas diariamente até o 8º dia, quando o 1º florete estava completamente seco. Flores mantidas por até 16 horas em armazenamento a seco, recuperaram os valores de massa fresca e TRA iniciais após serem mantidas em água, sugerindo que o bloqueio vascular esteja ocorrendo após essas 16 horas. A atividade da POD foi maior em hastes controle e a da PPO em hastes que sofreram estresse hídrico moderado (16, 24, 32 e 40 horas). Ao longo da vida de vaso, a atividade da POD alcançou maiores níveis após o 8º dia da vida de vaso, e a da PPO manteve-se constante. A atividade da POD foi superior a da PPO em todas as análises, sugerindo uma maior influência da POD no bloqueio xilemático desta espécie. No processo de caracterização enzimática, o pH ideal e a temperatura ótima para ambas as enzimas foi determinado, bem como o substrato ótimo para a PPO. A estabilidade a diferentes pHs, estabilidade térmica e o efeito de diferentes inibidores também foram acompanhados. Maior atividade da POD foi encontrada em pH 5,0 e 60ºC, e a pré-incubação por 120 minutos em pH 2,5 a 25ºC levou a inibição de 93,13% da atividade inicial, 120 minutos a 70ºC a 98,69% de inibição, e a 80ºC por 10 minutos ou 90ºC por 1 minuto levou a inativação completa. Uma completa inibição desta enzima também foi encontrada na presença de diferentes inibidores, como ácido ascórbico, L-císteina, metabissulfito de sódio, sódio azida, β-mercaptoetanol e DTT. A PPO apresentou maior atividade com 4-metil-catecol como substrato, em pH 6,0 e 40ºC. Inativação completa desta enzima foi obtida com pré-incubação por 10 minutos a 80ºC ou usando 1 mM de DTT, L-cisteína, metabissulfito de sódio e β-mercaptoetanol. Finalmente, diferentes soluções de pulsing contendo inibidores enzimáticos, combinados ou não com sacarose 40% foram aplicadas por 24 horas. A variação de massa fresca, TRA e o número de floretes abertos foram determinados diariamente, e a longevidade foi acompanhada até o murchamentodo último florete aberto. A partir dos inibidores aplicados sozinhos, o sódio azida foi que proporcionou maiores valores de massa fresca, maior longevidade e maior número de floretes abertos. Combinados com sacarose, o ácido ascórbico e o sódio azida foram capaz de proporcionar os melhores resultados, com maior número de floretes abertos e maior longevidade. O bloqueio dos vasos xilemáticos desta espécie está relacionado à atividade da POD e PPO e o uso de soluções de pulsing contendo inibidores enzimáticos é uma técnica eficiente em prolongar a vida de vaso de flores de ave-doparaíso.

A cruzaína é a principal cisteíno protease encontrada no parasito Trypanosoma cruzi, o agente etiológico da Doença de Chagas. A enzima é essencial para o desenvolvimento e sobrevivência do parasito dentro do hospedeiro e possui uma excelente validação pré-clínica como alvo susceptível à ação de fármacos. Várias classes de inibidores peptídicos reversíveis e irreversíveis, baseados no estado de transição, inibem efetivamente a cruzaína. No entanto, a maioria destes inibidores ainda não apresenta perfis farmacodinâmicos/farmacocinéticos adequados e/ou estão relacionados com potenciais efeitos fora do alvo (do inglês, off-target). Com o objetivo de encontrar inibidores mais eficientes e seletivos, foi aplicado uma abordagem de planejamento de ligantes baseada em hipótese, combinando quiminformática, síntese orgânica, ensaios bioquímicos e determinação do modo de interação para validar os compostos planejados como inibidores de cruzaína. Neste trabalho, é mostrado um conjunto de dipeptidil-nitrilas que foram sintetizadas e avaliadas com base nestes métodos para investigar as interações nos subsítios S1, S2 e S3 de cruzaína. Nossos resultados demonstram o sucesso da abordagem aplicada que resultou na identificação de vários inibidores da cruzaína em concentrações que chegam a sub-micromolar. Alguns dos compostos dessa classe de dipeptidil-nitrilas também são agentes tripanossomicidas por apresentar concentrações efetivas com formas infectivas do T. cruzi em baixo micromolar. / Cruzain is the major cysteine protease found in the parasite Trypanosoma cruzi, the etiologic agent of Chagas disease. The enzyme is essential for the development and survival of the parasite within host cells, having excellent pre-clinical validation evidence as a druggable target. Several classes of peptide inhibitors including transition state-based reversible and irreversible ones effectively inhibit cruzain. However, most of these inhibitors still have poor PK/PD profiles and are related with potential off target effects. In order to find more efficient and selective inhibitors, we have applied the hypothesis driven ligand design approach, combining cheminformatics, organic synthesis, biochemical assays and mode of binding determination to validate the designed compounds as cruzain inhibitors. Here, we show a set of dipeptidyl nitriles that were synthetized and evaluated based on these methods to probe interactions at S1, S2 and S3 pockets of cruzain binding site. Our results unveil the success of the applied approach that yielded in the identification of several cruzain inhibitors at sub-micromolar concentrations. Some of the compounds of this class of dipeptidyl nitriles are also trypanocidal agents with effective concentrations in the low micromolar range against infective forms of T. cruzi.

A primeira parte desta tese aborda estudos sobre a reatividade de compostos de telúrio eletrofílicos, principalmente tetracloreto de telúrio e tricloretos aromáticos de telúrio. Novos aspectos da reatividade de TeCl4 frente a alcinos e algumas acetofenonas foram observados e, a partir da elucidação estrutural dos compostos obtidos, por cristalografia, uma racionalização mecanística foi proposta para cada caso. As proposições apresentadas encontraram respaldo com a detecção de intermediários transientes por estudos de espectrometria de massas com ionização por electron-spray (ESI-MS/MS). Além de novos aspectos da química do Telúrio, os compostos preparados encontraram aplicação como potentes e seletivos inibidores de cisteíno proteases. Com esta aplicação estabelecida, foram sintetizadas ambos os enantiômeros de uma telurana e a atividade inibitória destas frente a Catepsina B mostrou dependência da estereoquímica devido a dependência estereoquímica da interação entre a enzima e o inibidor. A segunda parte deste trabalho trata do desenvolvimento da reação de abertura de anel de aziridinas por reagentes organometálicos de cobre derivados de teluretos vinílicos e arílicos que resultaram em derivados de aminas homoalílicas ou homobenzílicas. Em seguida, a reatividade de aziridinas alílicas foi estudada frente a uma série de reagentes organometálicos de lítio, magnésio, cobre e zinco que mostraram influenciar a regio- e estereosseletividades das reações de abertura. / The first part of this thesis deals with the study of the reactivity of electrophilic tellurium compounds, mainly tellurium tetrachloride and aromatic tellurium trichlorides. New aspects of the reactivity of TeCl4 towards alkynes and some acetophenones were disclosed. A mechanistic rationale for each of the processes studied was possible by the determination of the stereochemistry for each product by monocrystal X-ray diffraction analysis. The proposition of the formation of cationic intermediates in the addition reaction of TeCl4 to alkynes was corroborated by the detection and characterization of transient intermediates by ESI-MS/MS experiments. Besides the new aspects of the Tellurium chemistry found, the prepared compounds showed a high and selective activity as inhibitors of cysteine proteases. A pair of enantiomers of a tellurane showed different activities against Human Catepsin B due to a stereochemical dependence in the enzyme/inhibitor interaction. The second part of the present work deals with the development of the ring opening reaction of aziridines by organometallic reagents of copper prepared from vinylic and arylic tellurides. These reactions led to homoallylic and homobenzylic amine derivatives. Finally, the reactivity of 2-alkenyl aziridines was studied towards a series of organometallic reagents of lithium, magnesium, copper and zinc which biased the regio- and stereoselectivities of the ring opening reactions.

A primeira parte desta tese aborda estudos sobre a reatividade de compostos de telúrio eletrofílicos, principalmente tetracloreto de telúrio e tricloretos aromáticos de telúrio. Novos aspectos da reatividade de TeCl4 frente a alcinos e algumas acetofenonas foram observados e, a partir da elucidação estrutural dos compostos obtidos, por cristalografia, uma racionalização mecanística foi proposta para cada caso. As proposições apresentadas encontraram respaldo com a detecção de intermediários transientes por estudos de espectrometria de massas com ionização por electron-spray (ESI-MS/MS). Além de novos aspectos da química do Telúrio, os compostos preparados encontraram aplicação como potentes e seletivos inibidores de cisteíno proteases. Com esta aplicação estabelecida, foram sintetizadas ambos os enantiômeros de uma telurana e a atividade inibitória destas frente a Catepsina B mostrou dependência da estereoquímica devido a dependência estereoquímica da interação entre a enzima e o inibidor. A segunda parte deste trabalho trata do desenvolvimento da reação de abertura de anel de aziridinas por reagentes organometálicos de cobre derivados de teluretos vinílicos e arílicos que resultaram em derivados de aminas homoalílicas ou homobenzílicas. Em seguida, a reatividade de aziridinas alílicas foi estudada frente a uma série de reagentes organometálicos de lítio, magnésio, cobre e zinco que mostraram influenciar a regio- e estereosseletividades das reações de abertura. / The first part of this thesis deals with the study of the reactivity of electrophilic tellurium compounds, mainly tellurium tetrachloride and aromatic tellurium trichlorides. New aspects of the reactivity of TeCl4 towards alkynes and some acetophenones were disclosed. A mechanistic rationale for each of the processes studied was possible by the determination of the stereochemistry for each product by monocrystal X-ray diffraction analysis. The proposition of the formation of cationic intermediates in the addition reaction of TeCl4 to alkynes was corroborated by the detection and characterization of transient intermediates by ESI-MS/MS experiments. Besides the new aspects of the Tellurium chemistry found, the prepared compounds showed a high and selective activity as inhibitors of cysteine proteases. A pair of enantiomers of a tellurane showed different activities against Human Catepsin B due to a stereochemical dependence in the enzyme/inhibitor interaction. The second part of the present work deals with the development of the ring opening reaction of aziridines by organometallic reagents of copper prepared from vinylic and arylic tellurides. These reactions led to homoallylic and homobenzylic amine derivatives. Finally, the reactivity of 2-alkenyl aziridines was studied towards a series of organometallic reagents of lithium, magnesium, copper and zinc which biased the regio- and stereoselectivities of the ring opening reactions.