La pompe ATPase Ca2+ du réticulum sarco-endoplasmique Plasmodium falciparum (PfATP6) est une protéine de dix transmembranes, impliqué dans la régulation de l'homéostasie du calcium dans le parasite. L'importance d'étudier cette protéine repose sur l'hypothèse d'être engagé dans le mécanisme d'action et de résistance des artémisinines. Des travaux précédents, fondé sur l'expression hétérologue dans des ovocytes de Xenopus laevis et Saccharomyces cerevisiae, ont montré des résultats opposés, générant de nombreux corollaires vérifiables. Par conséquent, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre la nature des interactions entre les artémisinines et transporteurs de type SERCA.Afin d'évaluer le caractère essentiel du gène de Plasmodium spp., une approche de génétique inverse a été utilisée. Knockout du gène, soit P. falciparum et berghei, ne pouvant pas être obtenu. La complémentation de sauvetage épisomique a été jugée impossible. Marquage à la fin 3' de PfATP6 et PbATP6 a été, également, tenté pour étudier la localisation et l'expression de la protéine chez les parasites. La manipulation des gènes à cette place n'a pas permis la survie du parasite. Nos résultats, pris ensemble, montrent que ATP6 est essentiel dans Plasmodium spp..Au cours de nos études génétiques, un phénotype stable et particulier de parasites du genre Plasmodium falciparum 3D7 a été distingué. Les étranges parasites “monstres" contiennent une vacuole digestive inhabituelle gonflées à travers toutes les étapes du développement du parasite. Caractérisation de l'insolite Plasmodium a été réalisée, montrant une sensibilité accrue à la chloroquine, mais pas à l'artémisinine ou de la méfloquine. Tenant compte de la similitude du PfATP6 avec la pompe SERCA orthologue mammifère, de nouvelles molécules, connu et synthétisé pour cibler spécifiquement la protéine chez les mammifères, ont été testés sur P. falciparum. Quatre classes différentes de composés (sHA 14-1, BHQ, chalcone et des analogues de l'ACP) a montré le blocage de la croissance in vitro du P. falciparum 3D7 et Dd2 à des concentrations inférieure au range micromolaire. En outre, une nouvelle classe de molécules (thaperoxides), conçu comme un hybride entre l'artémisinine et thapsigargine, a été testé contre le type sauvage 7G8 et la ligne muté L263E. Ce dernier porte une mutation ponctuelle unique de nucléotides dans PfATP6, déjà connu d'être impliqué dans la résistance du l'artémisinine.Compte tenu de la difficulté à manipuler les gènes du parasite, et afin de mieux caractériser PfATP6, un gène synthétique a été optimisé pour l'expression hétérologue chez S. cerevisiae. De cette façon, la complémentation d'une ligne de levure mutée (K616) sans les pompes endogènes Ca2+ de type P a été permis avec succès, montrant le sauvetage de la croissance de la levure en présence de forte concentration de calcium libre. Différents inhibiteurs de SERCA, comme la thapsigargine et l'acide cyclopiazonique, ont été testés sur la levure complémenté K616 PfATP6, afin de vérifier l'inhibition de la croissance. Tous les composés ont bloqué la croissance de levure sélectivement ciblant le PfATP6. En outre, le test a été développé comme un criblage de haute performance, afin de tester de nouvelles molécules pour leur activité. La méthode s'est révélée être un outil rapide et très fiable et reproductible pour l'identification de nouveaux composés actifs. / The Plasmodium falciparum sarco-endoplasmic reticulum ATPase Ca2+ pump (PfATP6) is a ten transmembrane protein involved in the regulation of the calcium homeostasis in the parasite. The importance of studying this protein relies on the fact that it has been hypothesized to be involved in the mechanism of action and resistance of artemisinins. Previous works, based on heterologous expression in Xenopus laevis oocytes and Saccharomyces cerevisiae, have shown contrasting results, generating many testable corollaries. Therefore, further work is needed to better understand the nature of interactions between artemisinins and SERCA-type transporters.In order to assess the essentiality of the gene in Plasmodium spp., a reverse genetics approach has been used. Knockout of the gene, in either P. falciparum and berghei, could not be achieved. Complementation for episomal rescue was found to be not possible. Tagging at the 3' end of PfATP6 and PbATP6 has been, also, attempted to study localization and expression of the protein in parasites. Manipulation of the gene at this position did not permit parasite survival. Our results, taken together, show that ATP6 is essential in Plasmodium spp..During our genetic studies, a stable and peculiar phenotype of Plasmodium falciparum 3D7 parasites has been noticed. The odd “monster” parasites contain an unusual swollen food vacuole throughout all stages of parasite development. Characterization of the unusual Plasmodium has been carried out, showing an increased sensitivity to chloroquine, but not to artemisinin or mefloquine. Taking into account the similarity of PfATP6 with the mammalian orthologue SERCA pump, new molecules, designed and synthesized to specifically target the mammalian protein, were tested on P. falciparum parasites. Four different classes of compounds (sHA 14-1, BHQ, chalcone and CPA analogues) showed to inhibit P. falciparum 3D7 and Dd2 growth in vitro at concentrations in the lower micromolar range. In addition, a novel class of molecules (thaperoxides), designed as an hybrid between artemisinin and thapsigargin, has been tested against 7G8 wild type and mutated L263E line. The latter carries a single nucleotide point mutation in PfATP6 that has been previously shown to be involved in artemisinin resistance. Considering the difficulty in manipulating the gene in the parasite and in order to better characterize PfATP6, a synthetic gene was optimized for heterologous expression in S. cerevisiae. This enabled successful complementation of a mutated yeast line (K616) lacking the endogenous P-type Ca2+ pumps, showing rescue of the yeast growth in presence of high concentration of free calcium. Different SERCA inhibitors, such as thapsigargin and cyclopiazonic acid, have been tested on K616 PfATP6 complemented yeast, in order to check for growth inhibition. All compounds showed to inhibit yeast growth selectively targeting PfATP6. In addition, the assay has been developed as a high throughput screening, in order to test new molecules for their activity. The method has proved to be a fast, highly reliable and reproducible tool for identification of new active compounds.

Made available in DSpace on 2015-04-11T13:38:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Cynthia Ferreira.pdf: 1778547 bytes, checksum: ba2b6be94cabf06f34f677dac25cf356 (MD5) Previous issue date: 2013-11-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In the legal Amazon, the Amazon state registered 180.290 malaria cases in 2006, that fact carries in huge economic and social impact for the region. The diagnosis is traditionally performed by the method of the giemsa stained thick blood smear, however low-level parasitemias and mixed infections are frequently not detected. These disadvantages justify the use of more sensitive and specific methodologies as the Polimerase Chain Reaction (PCR). The elevated cost of this method is one of the factors that prevent your utilization as routine in the different endemic regions. The PCR method is a technic that has been already implemented alternatively for drug monitoring, detections of mixed infections and genotyping studies. The present work had for goal the molecular characterization of Plasmodium falciparum and P. vivax field isolates of 12 endemic areas in Amazon state: Manaus, Careiro, Borba, Autazes, Itacoatira, Presidente Figueiredo, Barcelos, São da Cachoeira, Coari, Tefé, Guajará and Humaitá. The samples were obtained by microscopy diagnosis and the study of mixed infections was done through nested-PCR. Additionally was standardized methodology in real time to hasten and to give more reliability to the samples diagnosis used in studies developed by the malaria management of the Fundação de Medicina Tropical do Amazonas (FMTAM). The genes used to P. falciparum´s characterization were pfcrt and pfatp6, and for P. vivax was used the gene pvmdr, using the automatic sequencing and for genotiping assays using Real Time probes detection. All P. falciparum samples analyzed for the gene pfcrt demonstrated similar genetic profile to 7G8 strain control, which has the mutation K76T, proving the resistant phenotype observed in previous studies. For the gene pfatp6 were described 3 distinct haplotypes, with mutations identified in the positions 1204, 1888 and 2694. The analysis of the gene pvmdr in P. vivax identified mutations in codons 976 and 1076 in 11 samples of 100 total analyzed, distributed among four areas, Autazes, Coari, Manaus and Tefé. The identification of Plasmodium population´s genetic profile circulating in Amazon region is an important tool to understand the transmission dynamics of malaria and essential for constant monitoring the disease control actions / Na Amazônia legal, o estado do Amazonas registrou 180.290 casos de malária no ano de 2006, fato que acarreta em grande impacto econômico e social para a região. O diagnóstico é tradicionalmente realizado pela técnica da gota espessa (G.E.), no entanto fatores como a redução de sensibilidade em baixas parasitemias e dificuldade no diagnóstico de infecções mistas justificam a adoção de metodologias com maior sensibilidade e especificidade. Através da técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) esses objetivos podem ser alcançados, no entanto, o elevado custo ainda é um fator que impede sua utilização como rotina nas diferentes regiões endêmicas. Alternativamente, para monitoramento da resposta terapêutica, identificação de infecções mistas e estudos de genotipagem, esta técnica já é implementada. Este trabalho teve por objetivo a caracterização molecular de isolados de Plasmodium falciparum e P. vivax de 12 localidades endêmicas do estado do Amazonas: Manaus, Careiro, Borba, Autazes, Itacoatira, Presidente Figueiredo, Barcelos, São Gabriel da Cachoeira, Coari, Tefé, Guajará e Humaitá. As amostras foram obtidas segundo diagnóstico da G.E. no entanto foi feito o estudo de infecções mistas, não detectadas, através de PCR, e adicionalmente foi padronizada metodologia em tempo real para agilizar e dar maior confiabilidade aos diagnósticos de amostras utilizadas em estudos desenvolvidos pela gerência de malária da Fundação de Medicina Tropical do Amazonas (FMTAM). Os genes utilizados para caracterização do P. falciparum foram o pfcrt e pfatp6, e para o estudo de P. vivax utilizou-se o gene pvmdr. Como metodologia adotou-se o sequenciamento automático e a genotipagem utilizando sondas em sistema de PCR em Tempo Real. Todas as amostras de P. falciparum analisadas para o gene pfcrt demonstraram perfil genético semelhante à cepa 7G8, que contem a mutação K76T, comprovando o fenótipo resistente observado em estudos anteriores. Para o gene pfatp6 foram descritos 3 haplótipos distintos, com mutações identificadas nas posições 1204, 1888 e 2694. A análise do gene mdr de P. vivax identificou mutações nos códons 976 e 1076 em 11 amostras de um total de 100 analisadas, distribuídas entre os munícipios de Autazes, Coari, Manaus e Tefé. A identificação do perfil genético de populações de Plasmodium circulantes na Amazônia é uma importante ferramenta para o entendimento da dinâmica de transmissão da malária e para o constante monitoramento das ações de controle da doença

Submitted by Verena Bastos (verena@uefs.br) on 2015-07-27T21:52:27Z No. of bitstreams: 1 60-elisangela-dissertacao-completa-10-09-2014.pdf: 1880962 bytes, checksum: b1c3f3312f451d624f7c2186af20b453 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-27T21:52:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 60-elisangela-dissertacao-completa-10-09-2014.pdf: 1880962 bytes, checksum: b1c3f3312f451d624f7c2186af20b453 (MD5) Previous issue date: 2014-09-10 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior - CAPES / Malaria is considered a non-contagious chronic evolution with episodic manifestations of acute character infectious disease, which afflicts millions of people in tropical and subtropical areas of the world. Vegetables represent a source of active molecules for various diseases, including malaria. Through phytochemical procedures, one can study the secondary metabolism of these plants where they hope to find new sources of treatment for malaria. The present study had as main objective to identify molecules derived from natural sources can inhibit the ATPase-Ca 2 + protein of Plasmodium falciparum (PfATP6). The molecular target was the model PfATP6 receiver, obtained by comparative modeling. Was performed using the program AutoDock Vina 1.1.2. screening in databases with the aim of selecting the 10 most promising ligands, with determination of the energies of affinity. Subsequently, tests with hydromethanolic and chloroform extracts of the species of Tul Cenostigma macrophyllum were performed. The patterns of agatisflavona and amentoflavone biflavonoids were analyzed by High Performance Liquid Chromatography for Detection Arrangement Diodes (HPLC-DAD) to identify the presence of these metabolites in the species. Validation of the chromatographic method took into account the parameters selectivity, linearity, precision, accuracy, limit of detection and limit of quantification. The results showed molecular next coupling energy variation among the 10 selected compounds (1 kcal / mol). With the results of the molecular coupling of the intermolecular interactions were studied and agatisflavona amentoflavone with PfATP6 receiver comparing them with the values obtained for thapsigargin. Since the energy values affinity the compounds amentoflavone -10.0 kcal / mol and agatisflavona -9.7 kcal / mol ortost?rico showed affinity for the receptor site of PfATP6, these interactions being supported by the nature of intermolecular interactions identified. By comparing the retention times and ultraviolet spectra (UV) of the standards and samples could be identified agatisflavona amentoflavone and biflavonoids the leaves and stem bark of C. macrophyllum. Quantification of agatisflavona biflavonoide ranged from 22.25 to 0.012 mg of agatisflavona / g dry plant and amentoflavone ranged from 20.63 to 0.02 mg of amentoflavone / g dry plant. The analysis of the parameters evaluated showed that the method was suitable for the analysis of agatisflavona and amentoflavone, performing in line with the specifications of the current legislation. It is noticed that the amentoflavone agatisflavona compounds and can act in PfATP6 receiver, directing further studies of interactions in biological target in perspective for malaria control. Thus, it is possible to suggest that there are natural compounds present in semiarid with possible antimalarial activity, wherein the molecular modeling tool associated with the phytochemical analysis can guide the identification of bioactive compounds, and therefore the development of new drugs. / A mal?ria ? considerada como uma doen?a infecciosa, n?o contagiosa de evolu??o cr?nica com manifesta??es epis?dicas de car?ter agudo, a qual aflige milh?es de pessoas nas zonas tropicais e subtropicais do globo. Os vegetais representam fonte de mol?culas ativas para diversas enfermidades, incluindo a mal?ria. Atrav?s de procedimentos fitoqu?micos, pode-se estudar o metabolismo secund?rio desses vegetais onde se esperam encontrar novas fontes de tratamento para a mal?ria. O presente estudo teve como objetivo geral identificar mol?culas oriundas de fontes naturais capazes de inibir a prote?na ATPase-Ca+2 do Plasmodium falciparum (PfATP6). O alvo molecular foi o modelo do receptor PfATP6, obtido por modelagem comparativa. Foi realizado atrav?s do programa AutoDock Vina 1.1.2. uma triagem em bancos de dados com o objetivo de selecionar os 10 ligantes mais promissores, com determina??o das energias de afinidade. Posteriormente, foram realizados testes com os extratos hidrometan?lico e clorof?rmico da esp?cie de Cenostigma macrophyllum Tul. Os padr?es dos biflavonoides agatisflavona e amentoflavona foram analisados por Cromatografia L?quida de Alta Efici?ncia por Detec??o de Arranjo de Diodos (CLAE-DAD) para identifica??o da presen?a destes metab?litos na esp?cie. A valida??o do m?todo cromatogr?fico levou em considera??o os par?metros seletividade, linearidade, precis?o, exatid?o, limite de detec??o e limite de quantifica??o. Os resultados de acoplamento molecular apresentaram varia??o energ?tica pr?xima entre os 10 compostos selecionados (1 kcal/mol). De posse dos resultados do acoplamento molecular foram estudadas as intera??es intermoleculares da agatisflavona e amentoflavona com o receptor PfATP6 comparando-os com os valores obtidos para a tapsigargina. Dado os valores de energia de afinidade, os compostos amentoflavona -10,0 Kcal/mol e agatisflavona -9,7 Kcal/mol apresentaram afinidade com o s?tio ortost?rico do receptor PfATP6, sendo essas intera??es sustentadas pela natureza das intera??es intermoleculares identificadas. Atrav?s da compara??o dos tempos de reten??o e espectros de Ultra Violeta (UV) dos padr?es e amostras foi poss?vel identificar os biflavonoides agatisflavona e amentoflavona nas folhas e casca do caule de C. macrophyllum. A quantifica??o do biflavonoide agatisflavona variou de 22,25 a 0,012 ?g de agatisflavona/g de planta seca e da amentoflavona variou de 20,63 a 0,02 ?g de amentoflavona/g de planta seca. A an?lise dos par?metros avaliados demonstrou que o m?todo foi adequado para a an?lise da agatisflavona e amentoflavona, apresentando-se em conson?ncia com as especifica??es da legisla??o vigente. Percebe-se que os compostos amentoflavona e agatisflavona podem atuar no receptor PfATP6, direcionando novos estudos de intera??es nesse alvo biol?gico na perspectiva de controle da mal?ria. Desta forma ? poss?vel sugerir que existem compostos naturais presente no semi?rido com poss?vel atividade antimal?rica, no qual a ferramenta da modelagem molecular associada ?s analises fitoqu?micas pode guiar na identifica??o de compostos bioativos e, por conseguinte no desenvolvimento de novos f?rmacos.

Le puissant anti-paludéen, l'artémisinine a été décrit comme inhibiteur de l'activité ATPasique de PfATP6 après son expression dans des ovocytes de Xénope. PfATP6 est l'unique ATPase Ca2+ du réticulum endo/sarcoplasmique de P. falciparum, le parasite responsable du paludisme. Quand un acide aminé de SERCA1a de lapin (E255) est muté en son équivalent dans PfATP6 (L), l'activité de ce mutant exprimé en ovocyte de Xénope est inhibée en présence d'artémisinine. Après expression de ce mutant et de PfATP6 dans S. cerevisiae puis leur purification, nous avons constaté qu'aucune de ces deux protéines n'était sensible à l'artémisinine. En parallèle, nous montrons que PfATP6 purifiée est sensible aux principaux inhibiteurs de SERCA mais elle est moins sensible à la thapsigargine que ne l'est SERCA1a. Les résultats présentés ici suggèrent que le méchanisme d'action de l'artémisinine est complexe et ne peut pas être du à une interaction directe entre l'artémisinine et PfATP6. D'autre part, la purification de PfATP6 laisse entrevoir l'opportunité de mieux caractériser cette protéine voire même de développer de nouveaux anti-paludéens en recherchant des inhibiteurs de cette protéine.

La découverte de nouveaux agents antipaludiques est primordiale. A travers le monde, les chercheurs se sont focalisés sur plusieurs stratégies. Les plus développées sont : soit les tests de molécules issues de bibliothèques chimiques dans une recherche phénotypique (comme le test direct d’agents sur des cultures de parasites in vitro), soit la recherche de nouvelles molécules agissant sur l’activité d’une cible ou d’une voie spécifique et essentielle. Cette thèse est centrée sur le second type d’approche. Nous nous sommes intéressés aux transporteurs membranaires de P. falciparum. Pour cela, nous exprimons les protéines d’intérêt dans la levure et nous les purifions. Nous optimisons les tests fonctionnels, dans le but de : a) déterminer l’effet des molécules sur les cibles spécifiques ; b) tester leur effet sur les cultures d’érythrocytes infectés par P. falciparum in vitro ; c) vérifier leur toxicité sur des cellules de mammifères ; et d) réaliser le test des molécules les plus efficaces in vivo dans un modèle de paludisme murin. Notre travail actuel est focalisé sur l’ATPase6 de P. falciparum (PfATP6) et l’adénylate translocase (PfAdT), deux protéines membranaires essentielles localisées respectivement sur le réticulum endoplasmique et la membrane mitochondriale. Nous exprimons de manière hétérologue PfATP6 dans les membranes de levure, nous purifions la protéine et mesurons une activité ATPase spécifique. Nous avons ainsi pu tester une bibliothèque chimique importante et identifier des inhibiteurs spécifiques. Ces derniers ont ensuite été testés pour évaluer leur effet sur les stades érythrocytaires du parasite in vitro et leur cytotoxicité sur des cellules de mammifères. Pour le transporteur PfAdT, nous procédons comme pour PfATP6, mais nous avons choisi un autre type de test fonctionnel dans lequel la protéine est directement exprimée sur la membrane plasmique d’E. coli. Cela devrait permettre de mesurer le transport d’ATP radiomarqué, et l’identification d’inhibiteurs spécifiques dont les effets pourront être évalués sur des cultures de parasites in vitro et dans des essais de cytotoxicité. / New drug discovery for malaria treatment urges, now more than ever. There is no optimal solution to the search for new antimalarials. Worldwide, researchers have focused their energies on several strategies. The most commonly employed are: either by screening molecules issued from chemical libraries in a phenotypic way (i.e., direct testing of drugs on in vitro parasite cultures), or by searching for new molecules acting upon the activity of a specific essential target or pathway. This PhD thesis centers on the second type of approach. We are interested in targeting membrane transporters of P. falciparum. For this, we plan to express proteins of interest in yeast and proceed to their isolation. With optimized functional tests, we aim to: a) Determine the effect of molecules upon specific targets; b) Test their effect on P. falciparum in vitro erythrocytes cultures; c) As well as verify their toxicity on mammalian cells; and d) Perform in vivo testing of the best molecules on a rodent model for malaria. Our actual work is focused on the P. falciparum Ca2+ - ATPase 6 (PfATP6) and adenylate translocase (PfAdT), two essential membrane proteins localized on the endoplasmic-reticulum and the mitochondrial membrane, respectively. We were able to express heterologously PfATP6 in yeast membranes, purify the protein and measure a specific ATPase activity. With this, we have tested a large chemical library and identified specific inhibitors. These were then tested for their effect on in vitro blood stages of P. falciparum and for their cytotoxicity on mammalian cells. For the ATP/ADP carrier PfAdT, we proceeded as previously done with PfATP6 but we have also chosen another type of functional test where we express directly this protein in the plasma membrane of E. coli. This will enable in the future the measurement of radiolabelled ATP uptake, and the identification of specific inhibitors that could then be tested for their effect on P. falciparum in vitro cultures and for their cytotoxicity.

Esta tese alia dois enfoques principais dentro da Química Farmacêutica. Por um lado, busca explorar uma nova fonte de insumos naturais, cascas de Malus  domestica, com vistas a obtenção dos triterpenos ácidos ursólico (AU) e betulínico (AB); e por outro lado, estuda a relação dos derivados triterpênicos semissintéticos obtidos com a proteína-alvo (PfATP6) destacada atualmente na literatura da terapia da malária com vistas ao planejamento de novos antimaláricos. O primeiro Capítulo inclui o desenvolvimento de um método eficiente, fácil e extremamente rápido onde são combinadas as técnicas de extração por ultrassom (UAE) e análise por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência Acoplada a Detector de Espectroscopia de Massas (LC-MS), para identificação e doseamento dos ácidos ursólico (AU) e betulínico (BA) em extratos de cascas frescas de maçã de cinco clones das cultivares Gala e Fuji (“Baigent”, “Fuji Mishima”, “Fuji Suprema”, “Fuji Select” and “Maxi Gala”) oriundas da Região Sul do Brasil. Os parâmetros cromatográficos do método analítico incluem: ionização por eletro spray em modo positivo (ESI+), fluxo de 1,0 mL/min, em modo de eluição isocrático, consistindo de 80% acetonitrila e 20% acetato de amônio 10 mM em pH 6,0 e temperatura ambiente. O método desenvolvido foi validado e mostrou ser seletivo, sensível (LOD e LOQ de 0,087 e 0,266 μg/mL para BA, e 0,398 e 2,117 μg/ mL para UA), coeficiente de regressão linear (r >0.99), preciso, exato e robusto para os analitos de interesse. A otimização do método combinado de UAE com LC-MS permitiu concluir os procedimentos de extração e análise em tempo inferior a 4 h, uma vez que o método não requer a secagem da amostra, etapa que demanda longos tempos de processamento. Este método foi aplicado e forneceu a primeira caracterização fitoquímica dos cinco clones de maçã estudados. Os resultados demonstraram que o método combinado de UAE-LC-MS é adequado às práticas do controle de qualidade. O segundo Capítulo apresenta o estudo da interação dos ligantes semissintéticos derivados dos AU e AB, sintetizados pelo nosso grupo de pesquisa, com a proteína Ca2+-ATPase do Plasmodium falciparum (PfATP6), através do emprego da técnica de Docking Molecular. A PfATP6 é descrita como um importante alvo para novos antimaláricos como Artemisinina (ART), cujo mecanismo de ação inclui, dentre outros, a modulação da homeostasia do cálcio intracelular. Investigações conduziram à hipótese do extravasamento do cálcio, do interior do retículo sarco-endoplasmático como mecanismo plausível para ação dos derivados triterpênicos do AU e AB. Os escores de energia determinados no Docking, de cada um dos nove ligantes (derivados triterpênicos) e quatro compostos de controle (ácidos ursólico e betulínico, artemisinina (ART) e tapsigargina (TPG) foram determinados (análises realizadas em triplicata) e correlacionados com os valores de IC50, para a atividade antimalárica. Os resultados mostraram excelente correlação entre os escores de energia (com a PfATP6) e os valores de IC50, superior a 80% (r > 0,83360). O estudo fornece fortes evidências de que a PfATP6 pode constituir um alvo para os derivados pentacíclicos do estudo, bem como permitiu identificar o perfil conformacional dos ligantes e os principais resíduos do sítio de ligação (SL) da PfATP6 envolvidos nas interações; bem como, contribuiu para a melhor compreensão das propriedades envolvidas na interação do ligante com o receptor e mecanismo de ação. O terceiro Capítulo faz uso de Métodos Clássicos e Quânticos para descrever as mudanças conformacionais da proteína PfATP6. As simulações de Dinâmica Molecular do receptor na forma isolada e complexada com os ligantes foram realizadas durante 10 ns. As conformações finais obtidas para os receptores foram avaliadas em termos RMSD, efeito da presença dos ligantes no sítio de ligação e tipos de interações estabelecidas entre o ligante e o receptor. Os resultados mostraram que as proteínas PfATP6 e SERCA tendem a manter sua conformação nativa e que o modelo utilizado é adequado aos propósitos do estudo. O monitoramento dos resíduos da região citoplasmática das proteínas permitiu evidenciar o efeito alostérico da presença dos ligantes AU e ART no SL, sobre os domínios A e N, da PfATP6. Esse efeito reproduz as conformações E1 e E2, bem estabelecidas para PfATP6, na presença e ausência de Ca2+. As análises de Dinâmica Molecular corroboram os achados do Capítulo II ao evidenciarem o estabelecimento de interações de hidrogênio com os resíduos importantes do SL da PfATP6. Esses resultados fundamentam os indícios de que as bombas de Ca2+-ATPase (SERCA), possam ser de fato, um alvo para os derivados triterpênicos dos AU e AB. / This thesis combines two main focuses within Pharmaceutical Chemistry. On the one hand, it seeks to explore a new source of natural inputs, bark of Malus domestica, in order to obtain ursolic (UA) and betulinic acid (BA) triterpenes. On the other hand, it studies the relation of the semi-synthetic triterpenic derivatives obtained with the target proteins (PfATP6), currently highlighted in the literature on malaria therapy with a view to planning new antimalarial drugs. The first chapter includes the development of an efficient, easy and extremely fast method where ultrasonic extraction techniques (UAE) and high-performance liquid chromatography coupled to mass spectroscopy (LC-MS) are combined for identification and assay of ursolic acid (UA) and betulinic acid (BA) in fresh apple peel extracts from five clones of the Gala and Fuji cultivars (Baigent, Fuji Mishima, Fuji Suprema, Fuji Select and Maxi Gala ") in the Southern Region of Brazil. Chromatographic parameters of the analytical method include: electrospray ionization (ESI +), flow rate of 1.0 mL/min in isocratic elution mode, consisting of 80% acetonitrile and 20% 10 mM ammonium acetate at pH 6.0 and room temperature. The method was validated and proved to be selective, sensitive (LOD and LOQ of 0.087 and 0.266 μg/mL for BA, and 0.398 and 2.117 μg/mL for UA), linear regression coefficient (r> 0.99), accurate, robust for analytes of interest. The optimization of the combined method of UAE with LC-MS allowed to complete the procedures of extraction and analysis in less than 4 h, since the method does not require drying the sample, a stage that demands long processing times. This method was applied and provided the first phytochemical characterization of the five apple clones studied. The results demonstrated that the combined UAE-LC-MS method is suitable for quality control practices. The second chapter presents the study of the interaction of the semi-synthetic ligands derived from the UA and BA, synthesized by our research group, with the Plasmodium falciparum Ca2+-ATPase protein (PfATP6), using the Molecular Docking technique. PfATP6 is described as an important target for new antimalarials such as Artemisinin (ART), whose action mechanism includes, among others, the modulation of intracellular calcium homeostasis. Investigations led to the hypothesis of extravasation of calcium from the interior of the sarco-endoplasmic reticulum as a plausible mechanism for the action of the triterpenic derivatives of UA and BA. The Docking energy scores (binding energy) of each of the nine ligands (triterpenic derivatives) and four control compounds (ursolic and betulinic acids, artemisinin (ART) and tapsigargine (TPG)) with PfATP6, were calculated (analyses performed in triplicate) and correlated with its antimalarial IC50 value. The results showed an excellent correlation between energy scores (with PfATP6) and IC50 values, higher than 80% (r > 0.83360). The study supplies strong evidence that PfATP6 may be a target for the pentacyclic derivatives of the study, and also allowed identifying the conformational profile of the ligands and the main residues of the PfATP6 binding site (BS) involved in the interactions. It further contributed to a better understanding of the properties involved in the interaction of the ligand with the receptor and its action mechanism. The third chapter uses Classical and Quantum Methods to describe the conformational changes of the PfATP6 protein. The Molecular Dynamics simulations of the receptor in the isolated and complexed form with the ligands were performed for 10 ns. The final conformations obtained for the receptors were evaluated in RMSD terms, effect of the presence of ligands at the binding site and types of interactions established between the ligand and the receptor. The results showed that the PfATP6 and SERCA proteins tend to maintain their native conformations and that the model used is adequate for the purposes of the study. The monitoring of the residues of the cytoplasmic region of the proteins allowed evidencing the allosteric effect of the presence of UA and ART ligands in BS, on the A- and N-domains of PfATP6. This effect reproduces the well-established E1 and E2 conformations for PfATP6, in the presence and absence of Ca2+, respectively. Molecular Dynamics analyses corroborate the findings of Chapter II, by showing the possibility of establishing hydrogen interactions with the important residues of PfATP6 BS. These results support the evidence that Ca2+-ATPase (SERCA) pumps may be a target for the triterpenic derivatives of UA and BA.

Esta tese alia dois enfoques principais dentro da Química Farmacêutica. Por um lado, busca explorar uma nova fonte de insumos naturais, cascas de Malus  domestica, com vistas a obtenção dos triterpenos ácidos ursólico (AU) e betulínico (AB); e por outro lado, estuda a relação dos derivados triterpênicos semissintéticos obtidos com a proteína-alvo (PfATP6) destacada atualmente na literatura da terapia da malária com vistas ao planejamento de novos antimaláricos. O primeiro Capítulo inclui o desenvolvimento de um método eficiente, fácil e extremamente rápido onde são combinadas as técnicas de extração por ultrassom (UAE) e análise por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência Acoplada a Detector de Espectroscopia de Massas (LC-MS), para identificação e doseamento dos ácidos ursólico (AU) e betulínico (BA) em extratos de cascas frescas de maçã de cinco clones das cultivares Gala e Fuji (“Baigent”, “Fuji Mishima”, “Fuji Suprema”, “Fuji Select” and “Maxi Gala”) oriundas da Região Sul do Brasil. Os parâmetros cromatográficos do método analítico incluem: ionização por eletro spray em modo positivo (ESI+), fluxo de 1,0 mL/min, em modo de eluição isocrático, consistindo de 80% acetonitrila e 20% acetato de amônio 10 mM em pH 6,0 e temperatura ambiente. O método desenvolvido foi validado e mostrou ser seletivo, sensível (LOD e LOQ de 0,087 e 0,266 μg/mL para BA, e 0,398 e 2,117 μg/ mL para UA), coeficiente de regressão linear (r >0.99), preciso, exato e robusto para os analitos de interesse. A otimização do método combinado de UAE com LC-MS permitiu concluir os procedimentos de extração e análise em tempo inferior a 4 h, uma vez que o método não requer a secagem da amostra, etapa que demanda longos tempos de processamento. Este método foi aplicado e forneceu a primeira caracterização fitoquímica dos cinco clones de maçã estudados. Os resultados demonstraram que o método combinado de UAE-LC-MS é adequado às práticas do controle de qualidade. O segundo Capítulo apresenta o estudo da interação dos ligantes semissintéticos derivados dos AU e AB, sintetizados pelo nosso grupo de pesquisa, com a proteína Ca2+-ATPase do Plasmodium falciparum (PfATP6), através do emprego da técnica de Docking Molecular. A PfATP6 é descrita como um importante alvo para novos antimaláricos como Artemisinina (ART), cujo mecanismo de ação inclui, dentre outros, a modulação da homeostasia do cálcio intracelular. Investigações conduziram à hipótese do extravasamento do cálcio, do interior do retículo sarco-endoplasmático como mecanismo plausível para ação dos derivados triterpênicos do AU e AB. Os escores de energia determinados no Docking, de cada um dos nove ligantes (derivados triterpênicos) e quatro compostos de controle (ácidos ursólico e betulínico, artemisinina (ART) e tapsigargina (TPG) foram determinados (análises realizadas em triplicata) e correlacionados com os valores de IC50, para a atividade antimalárica. Os resultados mostraram excelente correlação entre os escores de energia (com a PfATP6) e os valores de IC50, superior a 80% (r > 0,83360). O estudo fornece fortes evidências de que a PfATP6 pode constituir um alvo para os derivados pentacíclicos do estudo, bem como permitiu identificar o perfil conformacional dos ligantes e os principais resíduos do sítio de ligação (SL) da PfATP6 envolvidos nas interações; bem como, contribuiu para a melhor compreensão das propriedades envolvidas na interação do ligante com o receptor e mecanismo de ação. O terceiro Capítulo faz uso de Métodos Clássicos e Quânticos para descrever as mudanças conformacionais da proteína PfATP6. As simulações de Dinâmica Molecular do receptor na forma isolada e complexada com os ligantes foram realizadas durante 10 ns. As conformações finais obtidas para os receptores foram avaliadas em termos RMSD, efeito da presença dos ligantes no sítio de ligação e tipos de interações estabelecidas entre o ligante e o receptor. Os resultados mostraram que as proteínas PfATP6 e SERCA tendem a manter sua conformação nativa e que o modelo utilizado é adequado aos propósitos do estudo. O monitoramento dos resíduos da região citoplasmática das proteínas permitiu evidenciar o efeito alostérico da presença dos ligantes AU e ART no SL, sobre os domínios A e N, da PfATP6. Esse efeito reproduz as conformações E1 e E2, bem estabelecidas para PfATP6, na presença e ausência de Ca2+. As análises de Dinâmica Molecular corroboram os achados do Capítulo II ao evidenciarem o estabelecimento de interações de hidrogênio com os resíduos importantes do SL da PfATP6. Esses resultados fundamentam os indícios de que as bombas de Ca2+-ATPase (SERCA), possam ser de fato, um alvo para os derivados triterpênicos dos AU e AB. / This thesis combines two main focuses within Pharmaceutical Chemistry. On the one hand, it seeks to explore a new source of natural inputs, bark of Malus domestica, in order to obtain ursolic (UA) and betulinic acid (BA) triterpenes. On the other hand, it studies the relation of the semi-synthetic triterpenic derivatives obtained with the target proteins (PfATP6), currently highlighted in the literature on malaria therapy with a view to planning new antimalarial drugs. The first chapter includes the development of an efficient, easy and extremely fast method where ultrasonic extraction techniques (UAE) and high-performance liquid chromatography coupled to mass spectroscopy (LC-MS) are combined for identification and assay of ursolic acid (UA) and betulinic acid (BA) in fresh apple peel extracts from five clones of the Gala and Fuji cultivars (Baigent, Fuji Mishima, Fuji Suprema, Fuji Select and Maxi Gala ") in the Southern Region of Brazil. Chromatographic parameters of the analytical method include: electrospray ionization (ESI +), flow rate of 1.0 mL/min in isocratic elution mode, consisting of 80% acetonitrile and 20% 10 mM ammonium acetate at pH 6.0 and room temperature. The method was validated and proved to be selective, sensitive (LOD and LOQ of 0.087 and 0.266 μg/mL for BA, and 0.398 and 2.117 μg/mL for UA), linear regression coefficient (r> 0.99), accurate, robust for analytes of interest. The optimization of the combined method of UAE with LC-MS allowed to complete the procedures of extraction and analysis in less than 4 h, since the method does not require drying the sample, a stage that demands long processing times. This method was applied and provided the first phytochemical characterization of the five apple clones studied. The results demonstrated that the combined UAE-LC-MS method is suitable for quality control practices. The second chapter presents the study of the interaction of the semi-synthetic ligands derived from the UA and BA, synthesized by our research group, with the Plasmodium falciparum Ca2+-ATPase protein (PfATP6), using the Molecular Docking technique. PfATP6 is described as an important target for new antimalarials such as Artemisinin (ART), whose action mechanism includes, among others, the modulation of intracellular calcium homeostasis. Investigations led to the hypothesis of extravasation of calcium from the interior of the sarco-endoplasmic reticulum as a plausible mechanism for the action of the triterpenic derivatives of UA and BA. The Docking energy scores (binding energy) of each of the nine ligands (triterpenic derivatives) and four control compounds (ursolic and betulinic acids, artemisinin (ART) and tapsigargine (TPG)) with PfATP6, were calculated (analyses performed in triplicate) and correlated with its antimalarial IC50 value. The results showed an excellent correlation between energy scores (with PfATP6) and IC50 values, higher than 80% (r > 0.83360). The study supplies strong evidence that PfATP6 may be a target for the pentacyclic derivatives of the study, and also allowed identifying the conformational profile of the ligands and the main residues of the PfATP6 binding site (BS) involved in the interactions. It further contributed to a better understanding of the properties involved in the interaction of the ligand with the receptor and its action mechanism. The third chapter uses Classical and Quantum Methods to describe the conformational changes of the PfATP6 protein. The Molecular Dynamics simulations of the receptor in the isolated and complexed form with the ligands were performed for 10 ns. The final conformations obtained for the receptors were evaluated in RMSD terms, effect of the presence of ligands at the binding site and types of interactions established between the ligand and the receptor. The results showed that the PfATP6 and SERCA proteins tend to maintain their native conformations and that the model used is adequate for the purposes of the study. The monitoring of the residues of the cytoplasmic region of the proteins allowed evidencing the allosteric effect of the presence of UA and ART ligands in BS, on the A- and N-domains of PfATP6. This effect reproduces the well-established E1 and E2 conformations for PfATP6, in the presence and absence of Ca2+, respectively. Molecular Dynamics analyses corroborate the findings of Chapter II, by showing the possibility of establishing hydrogen interactions with the important residues of PfATP6 BS. These results support the evidence that Ca2+-ATPase (SERCA) pumps may be a target for the triterpenic derivatives of UA and BA.

Esta tese alia dois enfoques principais dentro da Química Farmacêutica. Por um lado, busca explorar uma nova fonte de insumos naturais, cascas de Malus  domestica, com vistas a obtenção dos triterpenos ácidos ursólico (AU) e betulínico (AB); e por outro lado, estuda a relação dos derivados triterpênicos semissintéticos obtidos com a proteína-alvo (PfATP6) destacada atualmente na literatura da terapia da malária com vistas ao planejamento de novos antimaláricos. O primeiro Capítulo inclui o desenvolvimento de um método eficiente, fácil e extremamente rápido onde são combinadas as técnicas de extração por ultrassom (UAE) e análise por Cromatografia Líquida de Alta Eficiência Acoplada a Detector de Espectroscopia de Massas (LC-MS), para identificação e doseamento dos ácidos ursólico (AU) e betulínico (BA) em extratos de cascas frescas de maçã de cinco clones das cultivares Gala e Fuji (“Baigent”, “Fuji Mishima”, “Fuji Suprema”, “Fuji Select” and “Maxi Gala”) oriundas da Região Sul do Brasil. Os parâmetros cromatográficos do método analítico incluem: ionização por eletro spray em modo positivo (ESI+), fluxo de 1,0 mL/min, em modo de eluição isocrático, consistindo de 80% acetonitrila e 20% acetato de amônio 10 mM em pH 6,0 e temperatura ambiente. O método desenvolvido foi validado e mostrou ser seletivo, sensível (LOD e LOQ de 0,087 e 0,266 μg/mL para BA, e 0,398 e 2,117 μg/ mL para UA), coeficiente de regressão linear (r >0.99), preciso, exato e robusto para os analitos de interesse. A otimização do método combinado de UAE com LC-MS permitiu concluir os procedimentos de extração e análise em tempo inferior a 4 h, uma vez que o método não requer a secagem da amostra, etapa que demanda longos tempos de processamento. Este método foi aplicado e forneceu a primeira caracterização fitoquímica dos cinco clones de maçã estudados. Os resultados demonstraram que o método combinado de UAE-LC-MS é adequado às práticas do controle de qualidade. O segundo Capítulo apresenta o estudo da interação dos ligantes semissintéticos derivados dos AU e AB, sintetizados pelo nosso grupo de pesquisa, com a proteína Ca2+-ATPase do Plasmodium falciparum (PfATP6), através do emprego da técnica de Docking Molecular. A PfATP6 é descrita como um importante alvo para novos antimaláricos como Artemisinina (ART), cujo mecanismo de ação inclui, dentre outros, a modulação da homeostasia do cálcio intracelular. Investigações conduziram à hipótese do extravasamento do cálcio, do interior do retículo sarco-endoplasmático como mecanismo plausível para ação dos derivados triterpênicos do AU e AB. Os escores de energia determinados no Docking, de cada um dos nove ligantes (derivados triterpênicos) e quatro compostos de controle (ácidos ursólico e betulínico, artemisinina (ART) e tapsigargina (TPG) foram determinados (análises realizadas em triplicata) e correlacionados com os valores de IC50, para a atividade antimalárica. Os resultados mostraram excelente correlação entre os escores de energia (com a PfATP6) e os valores de IC50, superior a 80% (r > 0,83360). O estudo fornece fortes evidências de que a PfATP6 pode constituir um alvo para os derivados pentacíclicos do estudo, bem como permitiu identificar o perfil conformacional dos ligantes e os principais resíduos do sítio de ligação (SL) da PfATP6 envolvidos nas interações; bem como, contribuiu para a melhor compreensão das propriedades envolvidas na interação do ligante com o receptor e mecanismo de ação. O terceiro Capítulo faz uso de Métodos Clássicos e Quânticos para descrever as mudanças conformacionais da proteína PfATP6. As simulações de Dinâmica Molecular do receptor na forma isolada e complexada com os ligantes foram realizadas durante 10 ns. As conformações finais obtidas para os receptores foram avaliadas em termos RMSD, efeito da presença dos ligantes no sítio de ligação e tipos de interações estabelecidas entre o ligante e o receptor. Os resultados mostraram que as proteínas PfATP6 e SERCA tendem a manter sua conformação nativa e que o modelo utilizado é adequado aos propósitos do estudo. O monitoramento dos resíduos da região citoplasmática das proteínas permitiu evidenciar o efeito alostérico da presença dos ligantes AU e ART no SL, sobre os domínios A e N, da PfATP6. Esse efeito reproduz as conformações E1 e E2, bem estabelecidas para PfATP6, na presença e ausência de Ca2+. As análises de Dinâmica Molecular corroboram os achados do Capítulo II ao evidenciarem o estabelecimento de interações de hidrogênio com os resíduos importantes do SL da PfATP6. Esses resultados fundamentam os indícios de que as bombas de Ca2+-ATPase (SERCA), possam ser de fato, um alvo para os derivados triterpênicos dos AU e AB. / This thesis combines two main focuses within Pharmaceutical Chemistry. On the one hand, it seeks to explore a new source of natural inputs, bark of Malus domestica, in order to obtain ursolic (UA) and betulinic acid (BA) triterpenes. On the other hand, it studies the relation of the semi-synthetic triterpenic derivatives obtained with the target proteins (PfATP6), currently highlighted in the literature on malaria therapy with a view to planning new antimalarial drugs. The first chapter includes the development of an efficient, easy and extremely fast method where ultrasonic extraction techniques (UAE) and high-performance liquid chromatography coupled to mass spectroscopy (LC-MS) are combined for identification and assay of ursolic acid (UA) and betulinic acid (BA) in fresh apple peel extracts from five clones of the Gala and Fuji cultivars (Baigent, Fuji Mishima, Fuji Suprema, Fuji Select and Maxi Gala ") in the Southern Region of Brazil. Chromatographic parameters of the analytical method include: electrospray ionization (ESI +), flow rate of 1.0 mL/min in isocratic elution mode, consisting of 80% acetonitrile and 20% 10 mM ammonium acetate at pH 6.0 and room temperature. The method was validated and proved to be selective, sensitive (LOD and LOQ of 0.087 and 0.266 μg/mL for BA, and 0.398 and 2.117 μg/mL for UA), linear regression coefficient (r> 0.99), accurate, robust for analytes of interest. The optimization of the combined method of UAE with LC-MS allowed to complete the procedures of extraction and analysis in less than 4 h, since the method does not require drying the sample, a stage that demands long processing times. This method was applied and provided the first phytochemical characterization of the five apple clones studied. The results demonstrated that the combined UAE-LC-MS method is suitable for quality control practices. The second chapter presents the study of the interaction of the semi-synthetic ligands derived from the UA and BA, synthesized by our research group, with the Plasmodium falciparum Ca2+-ATPase protein (PfATP6), using the Molecular Docking technique. PfATP6 is described as an important target for new antimalarials such as Artemisinin (ART), whose action mechanism includes, among others, the modulation of intracellular calcium homeostasis. Investigations led to the hypothesis of extravasation of calcium from the interior of the sarco-endoplasmic reticulum as a plausible mechanism for the action of the triterpenic derivatives of UA and BA. The Docking energy scores (binding energy) of each of the nine ligands (triterpenic derivatives) and four control compounds (ursolic and betulinic acids, artemisinin (ART) and tapsigargine (TPG)) with PfATP6, were calculated (analyses performed in triplicate) and correlated with its antimalarial IC50 value. The results showed an excellent correlation between energy scores (with PfATP6) and IC50 values, higher than 80% (r > 0.83360). The study supplies strong evidence that PfATP6 may be a target for the pentacyclic derivatives of the study, and also allowed identifying the conformational profile of the ligands and the main residues of the PfATP6 binding site (BS) involved in the interactions. It further contributed to a better understanding of the properties involved in the interaction of the ligand with the receptor and its action mechanism. The third chapter uses Classical and Quantum Methods to describe the conformational changes of the PfATP6 protein. The Molecular Dynamics simulations of the receptor in the isolated and complexed form with the ligands were performed for 10 ns. The final conformations obtained for the receptors were evaluated in RMSD terms, effect of the presence of ligands at the binding site and types of interactions established between the ligand and the receptor. The results showed that the PfATP6 and SERCA proteins tend to maintain their native conformations and that the model used is adequate for the purposes of the study. The monitoring of the residues of the cytoplasmic region of the proteins allowed evidencing the allosteric effect of the presence of UA and ART ligands in BS, on the A- and N-domains of PfATP6. This effect reproduces the well-established E1 and E2 conformations for PfATP6, in the presence and absence of Ca2+, respectively. Molecular Dynamics analyses corroborate the findings of Chapter II, by showing the possibility of establishing hydrogen interactions with the important residues of PfATP6 BS. These results support the evidence that Ca2+-ATPase (SERCA) pumps may be a target for the triterpenic derivatives of UA and BA.