O Projeto Genoma Humano do Câncer (PGHC), financiado pela FAPESP e pelo Instituto Ludwig de Pesquisa sobre o câncer, buscou identificar os genes expressos nos tipos mais comuns de câncer no Brasil. Tal projeto conseguiu identificar aproximadamente um milhão de seqüências de genes de tumores freqüentes no Brasil. A contribuição brasileira foi maior para tumores de cabeça e pescoço, mama e cólon. Uma das iniciativas mais recentes e estimuladas pelo PGHC é o projeto Genoma Clínico, o qual visa desenvolver novas formas de diagnóstico e tratamento do câncer através do estudo de genes expressos. A partir da análise molecular de tecidos saudáveis e neoplásicos em diferentes estágios, é possível identificar marcadores de prognóstico, permitindo escolhas de terapias mais adequadas e eficientes. A proteína hnRNP K foi identificada como um desses marcadores, em neoplasias da região da cabeça e pescoço, sendo objetivo deste estudo a aplicação de técnicas de bioinformática e modelagem molecular no planejamento baseado em estrutura de candidatos a fármacos antineoplásicos que bloqueiem a atividade da proteína. A proteína hnRNP K apresenta diversas funções e é encontrada nos mais diversos compartimentos celulares, interferindo, basicamente, no sistema de expressão gênica. Essa proteína apresenta 3 domínios KH, os quais são responsáveis por sua ligação à moléculas de DNA e RNA. Modelos de boa qualidade dos domínios KH foram construídos através da estratégia de modelagem molecular por homologia estrutural. Após screening virtual em bases de dados de compostos (330.000 aproximadamente) com propriedades drug-like, 15 compostos com potencial de interação com o domínio KH3 foram selecionados. Os modos de ligação para cada um dos mesmos no sítio ligante do domínio KH3 foram sugeridos por simulações de docking e apresentaram um bom encaixe espacial com os sítios receptores virtuais calculados pelos campos de interação molecular. Simulações de dinâmica molecular foram realizadas com o intuito de avaliar a estabilidade dos compostos selecionados, que também foram avaliados quanto à presença de grupamentos toxicofóricos em sua estrutura. / The Brazilian Project Genoma Câncer (PGHC) supported by FAPESP and the Ludwig Institute for Cancer Research, intended to identify the genes involved in the most common cases of cancer in Brazil. In this project about a million of gene sequences were identified. The major contribution was made in breast, colorectal and head and neck cancers. The results obtained stimulated the creation of another project, called Genoma Clínico, which intend to develop new trends in treatments and diagnosis of cancer based on the study of expressed genes. Analyzing healthy and neoplasic tissues in different stages, it is possible to identify molecular markers related to the prognosis of cancer, allowing the use of more efficient therapies. The hnRNP K protein was identified as a molecular marker in head and neck cancer, where the objective of this work lies in the application of bioinformatics and molecular modeling strategies by structure-based drug design to identify potential antineoplasic drug candicates that could act against hnRNP K protein. The hnRNP K protein is encountered in all cellular compartments and act, basically, in the gene expression pathways. Its structure is composed by three KH domains that mediate interactions with DNA and RNA molecules. High quality models of KH domains were built by homology modeling. After the virtual screening simulations performed with drug-like compound databases, containing approximately 330.000 compounds, 15 were selected as potential ligands of KH3 domain of hnRNP K. The binding modes suggested for these compounds, by docking simulations, presented a good spatial fit when compared with the virtual receptor sites calculated by molecular interaction fields. Molecular dynamics simulations were performed in order to evaluate de stability of the binding modes suggested. The potential ligands were also evaluated to identify toxicophoric features in its chemical structures.

A proteína P21 do Trypanosoma cruzi participa no processo de infecção da célula hospedeira, desse modo é de grande importância: elucidar as vias de sinalização induzidas pela proteína, bem como caracterizar a nível molecular e estrutural a P21. O que vai auxiliar no entendimento da função biológica da P21 e sua participação no processo de infecção. A P21 recombinante é expressa Escherichia coli em sua maioria na fração insolúvel. Visando aumento de proteína na fração solúvel, foi realizada a clonagem do gene da P21 em vetor pSMT3, bem como testes de expressão subsequentes em diferentes cepas de expressão de E. coli, em vetor pET-28 e pSMT3 e variadas condições de expressão e lise celular. Desse modo obtiveram-se as condições que permitissem uma maior concentração da P21 na fração solúvel. A expressão foi realizada no vetor pET-28, cepa BL21, a 37°C com meio 2xYT a 0.5 mM de IPTG, utilizando a técnica de sonicação como lise. A P21 foi purificada em cromatografia de afinidade e posteriormente em coluna de exclusão molecular. Foram realizados estudos de modelagem por homologia levaram a elaborar a hipótese de que a P21 tem a função de inibidor de serinoprotease do tipo kunitz. Posteriormente essa hipótese foi confirmada com ensaios de avaliação da atividade inibitória da P21 frente à tripsina, quimiotripsina e elastase neutrofílica, o qual a P21 mostrou capaz de inibir a elastase neutrofílica. Estudos com espalhamento dinâmico da luz (DLS) revelaram que as amostras testadas de P21 contém diferentes concentrações de agregados de alto peso molecular em todos os pHs avaliados. Outras medidas foram realizadas para avaliar o estado de agregação da P21 de acordo com a temperatura e verificou-se que entre 32-52 °C, a proteína apresenta menor raio hidrodinâmico, indicando menor agregação nesse intervalo. Estudos de dicroísmo circular revelaram que a P21 apresenta por volta de 20% de α hélice, 32% de folha-β, 22% de volta e 23 % estrutura randômica. De acordo com a curva de desnaturação referente ao espectro de CD obtido, a P21 se mostra desnaturada a partir de 64°C. / The Trypanosoma cruzi protein P21 participates in the host cell infection process, but its specific function is poorly described. Thus it is important to elucidate the signaling pathways induced by the protein and characterize the P21 at the structural and molecular levels, as a contribution towards the understanding of the P21 biological function and its role in the infection process. The Escherichia coli recombinant P21 is expressed mostly in the insoluble fraction. Aiming to increase protein in the soluble fraction, we performed the cloning of the P21 gene in pSMT3 vector and subsequent expression tests in different expression strains of E. coli in pET-28 and pSMT3 vectors and varied expression conditions and cell lysis. Thus we obtained conditions that allow a greater concentration of the P21 in the soluble fraction. The expression vector was performed using vector pET-28, in Bl21 strain at 37°C in 2xYT culture medium with 0.5 mM IPTG, using the sonication technique in cell lysis. The recombinant P21 was purified by Ni affinity chromatography and subsequently a molecular exclusion column. We performed homology modeling studies which led to assume that P21 can be a serinprotease inhibitor of Kunitz type. Furthermore, this hypothesis was confirmed in the experiments testing the P21 inhibitory activity against the trypsin, chymotrypsin and elastase. We found the P21 exclusively inhibit neutrophil elastase. Studies using dynamic light scattering (DLS) revealed that the samples containing P21 contained large molecular weigth aggregates in different concentrations at all evaluated pHs. Others measurements were performed to assess the P21 aggregation state according to the temperature and we found that between 32-52 °C the protein had a smaller hydrodynamic radius, indicating less aggregation in this range. Circular dichroism (CD) studies revealed that P21 has about 20% α-helix, 32% β, -sheet, 22% turn and 23% of random structure. According to the denaturation curve for the CD spectrum obtained, the P21 was denatured from 64°C.

Os antioxidantes naturais extraídos de vegetais são potenciais substitutos aos sintéticos. Entretanto, as pesquisas que avaliem as atividades destes compostos em sistemas in vivo e que também elucidem os mecanismos dessas substâncias são escassas. A acerola apresenta consideráveis quantidades de compostos antioxidantes, os quais foram objetivo de estudo deste trabalho. A extração de compostos ativos de frutos de acerola verde e madura foi otimizada e diferentes métodos para avaliação da atividade antioxidante in vivo, utilizando Saccharomyces cerevisiae como microrganismo modelo, foram aplicados. Foi realizado um estudo da extração de compostos com atividade antioxidante através da metodologia de superfície resposta, identificando os efeitos da concentração de etanol da solução extratora e da temperatura de extração sobre o poder redutor e atividade estabilizadora de radicais ABTS e DPPH dos extratos. Duas estirpes de S. cerevisiae foram utilizadas para avaliação da atividade antioxidante in vivo: Wild Type (WT) e modificada geneticamente (erg6Δ). As estirpes apresentam diferença quanto à presença de ergosterol (ERG) e zimosterol (ZIM), esteróis analisados por modelagem molecular para determinação de sua possível atividade antioxidante. Os extratos de acerola verde e madura obtidos sob condições otimizadas, além dos antioxidantes sintéticos BHA (2 e 3-terc-butil-4-hidroxianisol), BHT (Butil Hidroxitolueno) e ácido ascórbico, tiveram sua atividade antioxidante avaliada por meio do estresse oxidativo induzido às células por diferentes reagentes químicos. As técnicas utilizadas para avaliar o efeito dos extratos e dos antioxidantes sintéticos foram a cultivabilidade, oxidação no nível de membrana celular e oxidação intracelular. Por fim, foi avaliado o efeito do processo de microencapsulação por spray drying na composição química dos extratos de acerola verde e madura. Através da análise das superfícies respostas foi possível identificar as condições ótimas para a obtenção de extratos, que apresentaram alta atividade antioxidante nos estudos com células de S. cerevisiae, com efeito protetor maior ou igual aos antioxidantes BHT e ácido ascórbico. Ainda foi comprovado nos experimentos in vivo que em todas as concentrações utilizadas, o BHA, além de não prevenir a oxidação, mostrou-se uma substância deletéria as células, principalmente no meio intracelular. Por meio dos estudos de modelagem molecular foi possível não só prever uma atividade antioxidante para o ERG e ZIM (em menor grau), mas também sugerir o mecanismo de transferência de elétrons seguido por doação de próton. O processo de microencapsulação permitiu a obtenção de um produto à base de extrato de acerola verde promissor para futuras aplicações. Pode-se concluir que é possível obter extratos ricos em compostos com atividade antioxidante a partir de frutos de acerola verdes e maduros e que a S. cerevisiae pode ser utilizada como um microrganismo modelo para a análise in vivo do efeito de antioxidantes por diferentes técnicas. / Natural antioxidants extracted from plants show potential to replace synthetic ones. However, publications that both evaluates the activities of these compounds in in vivo systems and elucidate the chemical characteristics of these substances are scarce and often resorts to techniques that do not necessarily reflect the antioxidant activity in different systems. Acerola fruits have considerable concentrations of antioxidant compounds, so in this study the extraction of natural compounds from green and ripe acerola fruits was optimized and different methods for in vivo antioxidant activity evaluation using Saccharomyces cerevisiae as model microorganism were performed. Surface response methodology was applied to identify effects of ethanol concentration and temperature during the extraction of antioxidants compounds, using as response the reducing power and the sequestering activity of radicals ABTS and DPPH. Two strains of S. cerevisiae were used to evaluate the in vivo antioxidant activity: wild Type (WT) and the genetically modified (erg6Δ), which had difference in the presence of ergosterol (ERG) and zymosterol (ZYM). These two sterols were analyzed by molecular modelling to evaluate their possible antioxidant activity. Effects of green and ripe acerola fruits extracts, synthetic antioxidants Butylated hydroxyanisole (BHA), Butylated hydroxytoluene (BHT) and ascorbic acid were evaluated on the oxidative stress caused in the cells by different chemical reagents, cell culturability, cell membrane oxidation level and intracellular oxidation. Finally, the effect of the microencapsulation process by spray drying on the chemical composition of the acerola extracts was evaluated. Through the surface response methodology it was possible to determine the optimal conditions to produce acerola extracts rich in phenolic compounds and ascorbic acid. The extracts of acerola showed a high or equal antioxidant activity in the studies with S. cerevisiae cells, especially when compared to the synthetic antioxidants BHT and ascorbic acid. It has still been proven in in vivo experiments that at the presence of BHA in all concentrations, besides to do not prevent oxidation, proved to be a deleterious substance to cells, mainly in the intracellular studies. Through molecular modeling it was possible to predict an antioxidant activity for ERG and, in a lesser degree, for ZYM by the mechanism of electron transfer followed by proton donation. It was possible to obtain a microencapsulated powder from green acerola extract as a promising product for future food applications. The same conditions applied to mature acerola fruit extracts showed undesirable effect on reduction power and scavenging capacity. The study concludes that it is possible to obtain extracts rich in antioxidants compounds from green and ripe acerola fruits under optimized conditions. S. cerevisiae can be used as a model microorganism for in vivo analysis of synthetic and natural antioxidants. Finally, the microencapsulation by spray drying was feasible under the conditions of this work only for the green acerola extract.

O câncer de pele se apresenta como um sério problema de saúde pública mundial, sendo incidente nos cinco continentes. As ações relacionadas à prevenção dessa doença envolvem, entre outras coisas, a utilização de protetores solares e a educação em saúde. Em virtude do aumento do número de indivíduos com câncer de pele a cada ano, é de grande valor estudos de entendimento e desenvolvimento de filtros solares melhores e mais seguros. Os produtos utilizados com a finalidade de proteger a pele dos raios solares ultravioletas (UV) possuem em sua composição filtros solares, que podem ter ação física, refletindo e dissipando a radiação UV; ou ação química, absorvendo a radiação UV. Os filtros químicos podem apresentar absorção em UVB (290-320 nm), UVA (320-400 nm) ou em ambas as faixas, sendo considerados de amplo espectro. . Dentre as várias classes de compostos com perfil de filtro solar UVB, os cinamatos destacam-se por apresentarem boa eficácia e excelente custo-benefício. A aplicação de cálculos teóricos tornou-se indispensável no planejamento de fármacos e nos estudos de mecanismo de ação de moléculas bioativas, visto a diminuição de tempo e custos em pesquisa e desenvolvimento. O desenvolvimento de métodos quânticos robustos, como o TD-DFT, permitiu a simulação de propriedades experimentais in silico, tais como espectros de RMN e UV. Diante deste panorama, aplicamos tal método na simulação de espectros UV para os cinamatos com perfil de filtros solares. Realizou-se uma busca do melhor funcional para simulação dos espectros, na qual se determinou que os funcionais B3LYP e B3P86 apresentaram melhores resultados quando comparados ao espectro experimental do composto p-metoxicinamato de etilexila determinado em metanol. Foram simulados os espectros de UV para sete compostos derivados do ácido cinâmico, os quais apresentaram λ máximo próximo a 310 nm, como descrito na literatura. Observou-se que a energia média para que ocorra a principal transição eletrônica, de HOMO para LUMO, é de 3,95 eV. O método mostrou-se adequado para a determinação de espectros UV para a classe dos cinamatos e pode ser utilizado na busca de novos compostos dessa classe a serem empregados como filtros solares. / Skin cancer presents itself as a very serious world public health problem, being incident all over the five continents. Using sunscreen and receiving health education, among other factors, are related to prevent the disease. The number of people with skin cancer increases every year, therefore, studies for better knowledge and development for better and safer sunscreens are crucial. Products used with the intention to protect the skin from ultraviolet sunrays (UV) are partially composed by sunscreen, which may lead to two different reactions, a physical reaction, that reflects and ceases the UV radiation; or a chemical reaction, that absorbs the UV radiation. Chemical filters may present absorption in UVB (290-320 nm), UVA (320 400 nm) or in both, which is considered as broad spectrum. Among the various types of compound forms with sunscreen UVB profile, cinnamates stand out for presenting good efficiency and excellent cost-benefit. The application of theoretical calculations became essential for drug design and bioactive molecules action mechanism studies, considering time saving and costs in research and development. The development of robust quantum method, such as TD-DFT allowed the simulation of experimental properties in silico, like RMN and UV spectra. Given this overview, this method was applied to simulate UV spectra of cinnamates with sunscreen profile. A search was done to define the best functional to simulate all spectrum, where the functionals B3LYP and B3P86 showed the best results when compared to experimental spectra of the compound ethylhexyl methoxycinnamate determined in methanol. An UV spectrum simulation for seven compounds derived from cinnamic acid showed maximum wavelength around to 310 nm, as described in the literature. It was observed that the average energy for the main electronic transition, HOMO to LUMO, is 3,95 eV. The method proved to be adequate for the determination of UV spectra for cinnamate class and it can be used as a tool on the search for new compounds from this class to be used as sunscreen.

Xylella fastidiosa é uma bactéria Gram-negativa, limitada ao xilema das plantas e o agente causador de diversas doenças em importantes plantações como citros, videiras, mirta, amêndoa, arbustos e café. Em citros, X. fastidiosa causa a Clorose Variegada dos Citros (CVC) ou “amarelinho". Nove enzimas (GumB, C, D, E, F, H, J, K e M) estão envolvidas nas etapas biossintéticas de um polissacarídeo extracelular (EPS), chamado de goma fastidiana, um dos mecanismos envolvidos na patogênese da bactéria. Essas enzimas catalisam reações de adição de açúcares, polimerização e exportação do EPS através da membrana da bactéria. No presente trabalho, ferramentas de bioinformática foram utilizadas para o estudo e entendimento da biossíntese da goma fastidiana. As nove enzimas foram estudadas quanto ao seu conteúdo de estrutura secundária, análise de hidrofobicidade e das regiões transmembrânicas, classificação quanto as suas funções. A construção de modelos estruturais para as enzimas Gums através de comparação por homologia seqüencial mostrou ser um processo impossível, devido a falta de moléculas homólogas com estruturas tridimensionais conhecidas. Por outro lado, métodos de reconhecimento de enovelamento mostraram bons resultados e comparações entre as estruturas secundárias das enzimas Gums foram calculadas com a utilização dos programas GenThreader e THREADER 3.3. Modelos tridimensionais para as enzimas GumB, GumK, GumM, GumJ e GumC foram construídos com o programa MODELLER 6.0a e validados com o programa Procheck e VERIFY 3D. Para construção do modelo da GumH (enzima que catalisa a adição da GDP-manose em um lipídio carreador poliprenol), o GenThreader encontrou similaridades quando comparada a MurG (E.coli), 2-epimerase (E. coli), GtfB (Amycolatopsis orientalis) e beta-GT de fago T4. Todos os modelos são bastante semelhantes e compostos por dois domínios (alfa/beta), ambos similares ao motivo de ligação de nucleotídeos Rossmann fold e separados por uma fenda profunda, que, provavelmente, forma o sítio de ligação da GDP-manose. Estudos da interação entre proteína e substrato foram obtidos com a utilização do programa FLO. O alinhamento seqüencial da GumH com outras onze glicosiltransferases mostrou regiões bastante conservadas, incluindo o motivo EX7E presente no sítio de ligação do substrato na proteína. Considerações a respeito das interações do substrato GDP-manose com a enzima GumH e do mecanismo da reação foram feitas. Essas análises enfatizam o modelo obtido para a GumH, que representa a primeira estrutura proposta para as enzimas envolvidas na síntese da goma fastidiana. / Xylella fastidiosa is a xylem-dwelling, insect-transmitted gamma-protobacterium that causes pathogenicity in citrus plants and many others important crops such as grapevine, periwinkle, almond, oleander and coffee. In citrus plants, X. fastidiosa causes citrus variegated chlorosis (CVC) or “amarelinho". Nine enzymes (GumB, C, D, E, F, H, J, K and M) are involved in the biosynthetic pathway of an exopolysaccharide (EPS) called fastidian gum which could be involved in the pathogenicity of the bacterium. These enzymes catalyses sugars addition reactions, polymerization and discharge of the EPS through the bacteria’s membrane. We have used bioinformatic tools to study these enzymes and to understand the gum biosynthesis. The nine enzymes were studied regarding to its secondary structure content, analysis of hidrophobicity and transmembrane regions, and yet function classification. The construction of structural models using sequential homology was shown to be impossible, due to the necessity of homologues molecules whose three-dimensional structures are known. On the other hand, pairwises comparisons of secondary structures showed good results and were realized with GenThreader and THREADER 3.3 programs. Three-dimensional structures to GumB, GumK, GumM, GumJ and GumC enzymes were constructed using MODELLER 6.0a and validated with Procheck and VERIFY 3D programs. To construct the model of GumH (enzyme that catalyse the addiction of a GDP-mannose on a polyprenol phosphate carrier), GenThreader found folding similarities when compared to MurG and UDP-Acetylglucosamine 2-Epimerase (from E. coli), GtfB (from Amycolatopsis orientalis) and beta-GT (from T4 phage). The models are very similar consisting of two alpha/beta open sheet domains, both alike in topology to the Rossmann nucleotide-binding folds, and separated by a deep cleft which probably forms the GDP-mannose binding site. Studies of the interaction between enzyme and docked substrate were carried out using the FLO program. The sequence alignment between GumH and another eleven glycosiltransferases showed several preserved regions including the EX7E motif present on the substrate binding site. The interactions between enzyme-GDP-mannose substrate and the mechanism of the reaction were studied. These analyses emphasize the three-dimensional model constructed for GumH that represents the first structural information for enzymes involved in fastidian gum synthesis.

As alquilfosfocolinas (APC) são uma classe de fármacos derivados de fosfolipídios endógenos que apresentam potencial antitumoral. Diferentemente de outros fármacos antitumorais que agem no DNA da célula, as APCs têm como primeiro local de ação a membrana plasmática e proteínas de sinalização, como a PKC. O objetivo desse trabalho é elucidar, através de metodologias computacionais, os possíveis mecanismos de ação das APCs que provocam hemólise, inibição da PKC e interação com membranas celulares. Inicialmente, a toxicidade de um conjunto de 34 APCs foi estudada pelos métodos quimiométricos de Análise de Agrupamentos Hierárquicos (HCA) e Componentes Principais (PCA). As moléculas foram simuladas com dinâmica molecular (DM) e propriedades físico-químicas e estruturais foram calculadas para os confôrmeros de menor energia. Após aplicação de HCA e PCA, as APCs foram divididas em 3 grupos, de acordo com suas características estruturais. Os resultados sugerem que a presença de grupos catiônicos volumosos, ou anéis como adamantila e ciclohexila, aumentam a hemólise de compostos de cadeia alquílica longa. Anéis macrocíclicos como ciclopentadecila parecem ser importantes para o potencial hemolítico de compostos com cadeia alquílica curta. Com relação a compostos sem anéis e de cadeia linear, grupos catiônicos menos volumosos parecem favorecer a hemólise. Na próxima etapa do estudo, 7 derivados de APC, com diferentes grupos catiônicos, foram selecionados e ancorados no domínio C2 da PKCα. O intuito foi mapear resíduos de aminoácidos importantes para a interação dos ligantes com a enzima, e comparar com o modo de ligação do ativador endógeno fosfatidilserina (PS). Mais uma vez, HCA e PCA foram aplicados para extrair informação relevante do mapeamento. Os resultados mostraram que as cadeias laterais de Pro188, Asn189, Arg216, Trp247, Asp249 e Thr250 não permitem a aproximação adequada do ligante, o que impede que a porção fosforila se coordene com um dos átomos de cálcio. A porção catiônica da PS, em contrapartida, consegue estabelecer ligação-hidrogênio com Asn189 de forma a posicionar os oxigênios da fosforila para interagir, ao mesmo tempo, com o átomo de cálcio. Com menos pontos de coordenação, a afinidade de ligação do cálcio pela PKCα diminui e a ativação da enzima fica comprometida, interrompendo toda a cascata de sinalização que depende dela. A parte final desse trabalho se dedicou ao estudo da interação da miltefosina com diferentes bicamadas lipídicas sob o ponto de vista termodinâmico. Oito bicamadas de diferentes fosfolipídios foram simuladas por DM e a interação energética da miltefosina foi calculada por Umbrella Sampling. Os resultados mostraram que a miltefosina apresenta maior partição em bicamadas contendo colesterol, sendo a miscibilidade nesses sistemas cerca de 76 vezes maior que os valores encontrados para bicamadas sem colesterol. Além disso, verificou-se que a internalização da miltefosina é mais fácil em regiões contendo lipídeos poli-insaturados, provavelmente devido ao empacotamento mais frouxo da bicamada. Os dados sugerem que a miltefosina age principalmente em rafts lipídicos e que células contendo mais lipídicos poli-insaturados podem incorporar maior quantidade do fármaco. / Alquilfosfocolines (APCs) comprise a class of drugs with antitumor activity derived from endogenous phospholipids. Differently from other drugs whose primary site of action is the DNA, APCs act firstly in the plasma membrane and signaling proteins, such as PKC. The main objective of this work is to elucidate, via computational approaches, the possible mechanisms of actions that cause hemolysis, PKC inhibition and interaction with cellular membranes. Initially, a set of 34 APCs was studied by means of Hierarchical Cluster Analysis (HCA) and Principal Component Analysis (PCA). The molecules were simulated by means of molecular dynamics simulations (MD) and molecular and structural properties were calculated for the lowest-energy conformer. After HCA and PCA methodologies, the set was divided into 3 groups according to their structural features. The findings suggest that the presence of bulky cationic moieties, or the adamantyl and cyclohexil rings, increase the hemolytic potential of compounds with long alkyl chains. Macrocyclic rings, such as cyclopentadecyl, seem to be important to elevate the hemolysis of compounds with short alkyl chains. Regarding linear carbon chain derivatives with no ring substitution, less bulky cationic head groups seem to favor hemolysis. In the next step of this work, 7 APC derivatives were selected and docked in the C2 domain of PKCα. The aim now was to map the residues relevant for ligands interaction compared to the binding mode of the endogenous activator, phosphatidylserine (PS). HCA and PCA were again applied in order to extract relevant information from the mapping. The results showed that the lateral chains of Pro188, Asn189, Arg216, Trp247, Asp249 and Thr250 do not allow the proper approximation of the ligands, impeding the phosphoryl moiety from coordinating with one of the calcium atoms. On the other hand, the cationic moiety of PS forms hydrogen-bonding with Asn189 in order to position the oxygens to interact, at the same time, with a calcium atom. With less coordination sites, calcium binding affinity diminishes and the enzyme activation is compromised, interrupting the signaling cascade. The final part of this work was dedicated to the study of miltefosine interaction with different lipid bilayers from the thermodynamics standpoint. Eight bilayers were simulated with MD and the energetic interaction was calculated via Umbrella Sampling simulations. The findings showed that miltefosine has higher partition in bilayers containing cholesterol, with miscibility of about 76 times higher than the values referring to bilayers without cholesterol. Moreover, it was observed that the internalization of miltefosine is facilitated in regions containing polyunsaturated lipids, probably due to the looser packing. The data suggest that miltefosine acts primarily in lipid rafts, and that cells containing more polyunsaturated lipids in their membranes can incorporate higher quantities of this drug.

As plantas desenvolveram diferentes mecanismos para reduzir o ataque de insetos, incluindo compostos protéicos de defesa, como os inibidores de proteinases (IPs). Os insetos, ao longo da evolução, desenvolveram estratégias para superar as barreiras defensivas das plantas, permitindo a sua alimentação e desenvolvimento, como a super expressão de genes de enzimas digestivas sensíveis e insensíveis aos IPs de plantas. Uma das abordagens desse trabalho foi identificar novas serinoproteinases no intestino de lagartas de Spodoptera frugiperda. Duas novas quimotripsinas e trê novas tripsinas foram identificadas e juntamente com mais 10 genes já conhecidos que codificam estas enzimas foram submetidos à análise de expressão gênica por PCR em tempo real. Entre essas duas famílias de serinoproteinases (SPs) os genes que codificam as quimotripsinas apresentam uma regulação positiva mais ampla do que aqueles que codificam as tripsinas. Estudos de modelagem molecular das quimotripsinas também foram realizados. Foram construídos modelos tridimensionais à partir de modelagem por homologia além de análises de dinâmica molecular e docagem com oito diferentes IPs do tipo Bowman- Birk. Os resultados mostram quais quimotripsinas apresentam as maiores afinidades aos inibidores testados de maneira geral e individual, inferidos à partir da estimativa de energia livre do sistema. Também foi encontrada uma serina extra próxima ao sítio catalítico de três quimotrispsinas modeladas que pode interferir na afinidade dessas enzimas já que este aminoácido apresenta perda de área acessível ao solvente quando complexada ao IP de soja testado. Os resultados de expressão gênica e grau de sensibilidade foram comparados e não se observou qualquer relação entre esses parâmentros. Isso sugere que as lagartas da espécie S. frugiperda combinam diferentes estratégias adaptativas como o aumento de expressão de todas as suas quimotripsinas independentemente do grau de sensibilidade das enzimas. / Plants have developed different mechanisms to reduce insect attack, including defence proteins such as proteinase inhibitors (PIs). In turn, insects have evolved strategies to overcome these plant defence mechanisms, such as the hyperexpression of PI-sensitive and insensitive digestive enzymes, allowing the insect to thrive. One of the aims of this work was to identify new serine proteinases (SPs) in the gut of the fall armyworm larvae, Spodoptera frugiperda. Two new chymotrypsins and three new trypsins were identified, and together with 10 previously identified genes, the genes that encode these enzymes were subjected to real-time PCR and gene expression analysis. Between these two families of serine-proteinases the genes that encode chymotrypsins show a greater positive regulation then those encoding the trypsins. Molecular modelling studies of the chymotrypsins were carried out, and 3D models were generated using homology modelling, which were then further refined by dynamic molecular and docking analyses with 8 different Bowman-Birk type PIs. The results demonstrate which chymotrypsins possess the highest affinities to the tested inhibitors in a general and individual manner, inferred from the estimated free energies. A serine residue in very close proximity to the catalytic site was present in three of chymotrypsins investigated, which may be affecting the enzymes affinity since the residue has a reduced accessible area to the solvent when complexed to the soya PI tested. The genetic expression patterns and the degree of PI-sensitivity were also compared and no relation between the parameters was found. This suggests that the larvae of the species S. frugiperda combine different adaptive strategies like the increase in expression of its entire chymotrypsin arsenal regardless of the degree of PI-sensitivity of the enzymes.

Neste trabalho, foi avaliado o comportamento de alguns flavonóides e do adjuvante tecnológico celulose microcristalina (CMCr) no estado sólido, em relação ao tipo de interação e sua intensidade, quando existente, utilizando misturas físicas equiponderais e na proporção ponderal 1:2, respectivamente, através da calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica e espectroscopia no infravermelho (FTIR). A relação estrutura-propriedade de interação dos flavonóides estudados foi determinada nas possíveis interações sólido-sólido com a celulose microcristalina, correlacionando os padrões de hidroxilação nos anéis A, B e C dos flavonóides com: 1) a intensidade de variação (IV - %) entre as entalpias observada e esperada, 2) a energia do sistema conjugado do anel aromático relativa à banda I, 3) o pKa dos flavonóides e 4) os cálculos do campo de força da mecânica molecular 2 (MM2) para a energia de interação do sistema flavonóide-CMCr. Os flavonóides avaliados foram canferol, fisetina, luteolina, miricetina, morina e quercetina. Os resultados da DSC evidenciaram interações de natureza física do tipo ligações de hidrogênio, com variação de entalpia para todas as misturas dos flavonóides com a CMCr, mas que não puderam ser confirmadas por FTIR, devido à sobreposição de bandas com os flavonóides. O potencial de interação (PI) mostrou-se proporcional ao número de hidroxilas e apresentou a ordem de importância de posição e presença das hidroxilas nos anéis: B>C>A. A miricetina apresentou a menor energia do sistema conjugado do anel aromático relativa à banda I, relacionado ao maior PI entre os flavonóides estudados. Na avaliação do pKa dos flavonóides em relação à IV, não foi possível estabelecer uma correlação entre estas variáveis, não apresentando uma tendência de aumento ou diminuição do valor de pKa em relação ao aumento do PI. Os cálculos de MM2 para a energia de interação do sistema flavonóide-CMCr, considerando as dez interações propostas, demonstraram que a CMCr determinou a melhor orientação do flavonóide para obter a conformação de menor energia, não sendo possível estabelecer um padrão de conformação mais estável de interação para estes flavonóides. / In this work was evaluated the behavior of some flavonoids and of technological adjuvant microcrystalline cellulose (MCC) in solid state, in relation to the type of interaction and its intensity, when existing, using equiponderal physical mixtures and in 1:2 ratio, respectively, through of differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis and infrared spectroscopy (FTIR). Structure-property of interaction relation was determined to studied flavonoids in possible solid-solid interactions with MCC, correlating standard hydroxylation in A, B and C rings of flavonoids with: 1) intensity variation (IV-%) between observed and hoped enthalpies, 2) energy of the conjugated system of aromatic ring relative to band I, 3) pKa value of flavonoids and 4) molecular mechanics 2 (MM2) force field calculations for interaction energy of system flavonoid-MCC. Evaluated flavonoids were fisetin, kaempferol, luteolin, morin, myricetin and quercetin. DSC results evidenced physical interactions hydrogen bonds type, with enthalpy variation for all mixtures of flavonoids with MCC, but could not be confirmed by FTIR, due to overlapping with flavonoids bands. Interaction potential (IP) showed to be proportional to the number of hydroxyls and presented in order of importance of position and presence of hydroxyls in rings: B>C>A. Myricetin presented the lowest energy of the conjugated system of aromatic ring relative to band I, related with the highest IP among studied flavonoids. In the evaluation pKa value of flavonoids in relation to IV, it was not possible to establish a correlation between these variables, not presenting a trend of increase or decrease of pKa value in relation to the increase of IP. MM2 force field calculations for interaction energy of system flavonoid-MCC, considering ten proposed interactions, demonstrated that MCC determined the best orientation of flavonoids to get the lowest energy conformation, not being possible to establish the steadiest standard conformation of interaction for these flavonoids.

A maioria das cepas de Plasmodium falciparum mostra-se resistente à cloroquina (CQ), considerado o antimalárico ideal. A busca por novos agentes terapêuticos bem como a restauração do efeito antimalárico de fármacos disponíveis, através da associação a agentes moduladores da resistência (AMR), vem sendo enfatizada. Entretanto, ausência de efeito modulador da resistência e efeito antiplasmódico intrínseco foram observados quando AMR clássicos, como o fenotiazínico clorpromazina e o iminodibenzílico desipramina, foram ensaiados in vitro em isolados brasileiros de P. falciparum resistentes à CQ. Sabe-se que a ação antiparasitária de compostos de natureza tricíclica, como os fenotiazínicos, foi descrita há mais de um século e continua a ser de interesse. Em adição, vale notar a ocorrência de farmacóforo comum, formado por sistema heteroaromático, ligado a átomo de nitrogênio, secundário ou terciário, por cadeia lateral de três a quatro átomos de carbono, entre compostos quinolínicos antimaláricos, fármacos psicotrópicos e AMR. Este trabalho teve como objetivo estudar, por emprego da modelagem molecular, características estereo-eletrônicas e lipofílicas e a interação a nível molecular de compostos de natureza tricíclica (fenotiazínicos e iminodibenzílicos) com a hematina (provável sítio de ação da CQ) comparando ao antimalárico CQ. Semelhanças estéreo-eletrônicas e lipofílicas puderam ser visualizadas entre as moléculas da CQ e dos compostos tricíclicos. No entanto, algumas distinções ausência de planaridade e maior densidade eletrônica sobre os anéis tricíclicos dos anéis heterocíclicos quando comparadas à CQ. Tais características se fizeram refletir na interação com a hematina, como demonstrado nos estudos de ancoramento como também nos estudos de UV-VIS e de Raman Ressonante. / The most Plasmodium falciparum strains show resistance to chloroquine (CQ), yet considered the ideal antimalaric agent. The search for new therapeutic compounds and the restoration of the antimalarial effect of available drugs through the association with modulating agents has been emphasized. However, lack of modulating effect and intrinsic antiplasmodial activity were observed when classic modulating agents, such phenothiazine chlorpromazine and iminodibenzylic desipramine, were tested in vitro against Brazilian isolated resistant of P. falciparum to CQ. The antiparasitic action of tricyclic compounds as the phenotiazine class has been described for more than a century and continues to be of interest. In addition, it was noted the occurrence of common pharmacophore, formed by a heteroaromatic system, a secondary or tertiary nitrogen atom, linked by a side chain of three to four carbon atoms, present among the quinoline antimalarials, the psychotropic drugs and the modulating agents of chloroquine resistance. The goal of this work was by using molecular modeling to study stereo-electronic features and lipophilic characteristics and the interaction on molecular level of tricyclic compounds (phenothiazines and iminodibenzylics) with hematin (probable site of action of CQ) in comparison to antimalaric CQ. In results, similarities stereo-electronic and lipophilic could be viewed between the molecules of CQ and tricyclic compounds. However different features could be noticed such as absence of planarity and a higher electronic density on the tricyclic rings when compared to CQ. These features shown to be relevant to interaction with the µ-oxo dimer of hematin, as observed in docking studies and UV-VIS and Resonance Raman.

A modificação molecular de fármacos do arsenal terapêutico é estratégia promissora no planejamento e desenvolvimento de novas entidades químicas que possam apresentar características pertinentes deste fármaco, e suprimir suas características indesejáveis. Desta forma, na busca por novos compostos com atividade antimicrobiana, uma série de vinte [N\'-(benzofuroxan-5-il)metileno]benzidrazidas substituídas, análogas funcionais da nifuroxazida (Passifuril®), foram sintetizadas e sua atividade biológica foi testada frente a cepas padrão e multirresistentes (MRSA e VISA) de Staphylococcus aureus, e frente a formas epimatigotas de Trypanosoma cruzi, agente causal da Doença de Chagas. A escolha dos grupos substituintes foi baseada em suas propriedades físico-químicas, tais como efeito eletrônico e hidrofobicidade, empregando o Diagrama de Craig. Os compostos foram obtidos por rota sintética descrita em literatura, assim como por rotas alternativas a fim de otimizar a metodologia tradicional e melhorar o rendimento dos produtos finais. Todos os compostos foram identificados e apresentam estrutura química inédita. A atividade dos vinte compostos frente S. aureus foi avaliada pelo método de determinação da concentração inibitória mínima (CIM); destes, dezesseis apresentaram os mesmos intervalos de CIM frente as cepas padrão e multirresistentes. O composto dissubstituído 3-CF3,4-NO2 (7t), apresentou a maior atividade com valores de CIM entre 12,7 - 11,4 µg/mL. A avaliação da atividade anti-T. cruzi também foi investigada, e na fase log de crescimento parasitário os compostos substituídos 4-H (7a), 4-CF3 (7n), 3,4-Cl2 (7s), 3-CF3,4-NO2 (7t) demonstraram os melhores resultados. O benznidazol, único fármaco utilizado no tratamento da Doença de Chagas, foi utilizado como referência nas mesmas concentrações. Os compostos que apresentaram melhores atividades nos ensaios realizados na fase estacionária de crescimento foram os compostos substituídos 4-I (7q) e 4-Br (7o) com valores de %IC50 de 6,11 µM e 7,38 µM, respectivamente. A influência das propriedades físico-químicas dos grupos substituintes em ambas as atividades foi observada e, a fim de avaliar quantitativamente suas contribuições para a bioatividade, estudos de QSAR-2D e QSAR-3D foram desenvolvidos, auxiliando assim na predição de novas estruturas com propriedades farmacológicas otimizadas, uma vez que os resultados obtidos indicam o forte potencial destes compostos na identificação de novos candidatos a fármaco antimicrobiano. / Molecular modification of drugs from the therapeutic arsenal is a promising strategy for the design and development of new chemical entities that can demonstrate the relevant properties of this drug, and suppressing its undesirable properties. For the research of new leads with potential antimicrobial activity, a new series of twenty substituted [N´-(benzofuroxan-5-yl)methylene]benzohydrazides, nifuroxazide\'s (Passifuril®) functional analogs, was synthesized and tested against standard and multidrug-resistant Staphylococcus aureus (MRSA and VISA) strains and against epimastigote form of Trypanosoma cruzi, the etiological agent of Chagas\' Disease. The selection of the substituent groups was based on their physicochemical properties, such as hydrophobicity and electronic effects, employing Craig\'s diagram. The designed compounds were obtained by synthetic route described in the literature, as well as by an alternative route, in order to optimize the traditional methodology and also to improve the final compounds yields. All compounds were identified as unpublished chemical structures. Bacterial activity of the twenty compounds against S. aureus was performed by minimal inhibitory concentration method (MIC), and sixteen of them exhibited similar bacteriostatic activity against standard and multidrug-resistant strains. The most active compound was the 3-CF3,4-NO2 disubstituted derivative (7t), which presented a MIC value from 12.7 to 11.4 µg/mL. Anti-T. cruzi activity was also investigated. The substituted compounds 4-H (7a), 4-CF3 (7n), 3,4-Cl2 (7s), 3-CF3,4-NO2 (7t) showed better results at logarithmic growth phase. Benznidazole, that is the only drug available to threat Chagas\' disease, was used as a reference drug at the same concentrations of the compounds studied. The most effective substituded compounds were the 4-I (7q) and 4-Br (7o) substituted derivatives having %IC50 values of 6.11 µM and 7.38 µM, respectively, at stationary growth phase. The influence of the substituent\'s physicochemical properties on in vitro activities was observed, and, in order to establish quantitatively their contributions to bioactivity, 2D-QSAR and 3D-QSAR studies were developed, assisting in the prediction of new leads with improved pharmacological properties, since the results showed benzofuroxan derivatives as potential leads for identifying new drug candidates.