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

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

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

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

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

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

Les pyréthrinoïdes et les organophosphorés sont des pesticides très utilisés, à l’origine d’une imprégnation forte de la population, exposée à ces contaminants principalement via l’alimentation. De plus en plus d’études scientifiques suggèrent des liens entre l’exposition à ces composés et des maladies chroniques ou des troubles du développement de l’enfant. Paradoxalement, leur devenir biologique chez l’homme est mal connu. Certaines études suggèrent que ces insecticides sont susceptibles d’intéragir avec les transporteurs membranaires ABC et SLC, protéines localisées au niveau d’interfaces hémato-tissulaires qui prennent en charge de nombreux substrats endogènes, médicaments et contaminants de l’environnement. L’objectif de notre étude a été de caractériser les effets d’insecticides des familles des pyréthrinoïdes et des organophosphorés sur l’activité de nombreux transporteurs ABC et SLC prenant en charge des médicaments (P-gp, BCRP, MRPs, OATP-1B1,-2B1,-1B3, OCT1-3, OAT1, OAT3, MATE1 et MATE2K) par une approche in vitro. Nous nous sommes également attachés à caractériser par des expérimentations in vitro et in silico, les mécanismes des interactions et les éléments structuraux des pesticides à l’origine de ces effets. Nous avons montré que de nombreux organophosphorés et pyréthrinoïdes étaient capables d’inhiber des transporteurs d’efflux (MRP, BCRP, P-gp) et d’influx (OATP1B1, OAT3, MATE1, OCT1-2) et de stimuler l’activité de certains OATPs. Les pesticides testés inhibaient très fortement l’activité des transporteurs de cations (OCT1 et OCT2) et ont pu bloquer le transport de catécholamines médiés par ces protéines. Une approche qSAR a permis de définir des paramètres physicochimiques associés aux effets modulateurs des pesticides et une approche d’amarrage moléculaire (docking) a mise en évidence les sites de liaisons de la P-gp impliquées dans ces interactions. Les conséquences des modulations de l’activité des transporteurs, en termes d’effets toxiques et d’interactions médicamenteuses, restent à définir pour les populations exposées à de fortes doses de pesticides. Toutefois, la contribution des interactions observées aux effets toxiques de ces insecticides est peu probable car nécessitant des concentrations nettement supérieures à celles atteintes dans le cadre d’une exposition environnementale de la population générale. / The general population is chronically exposed to pyrethroids and organophosphorus insecticides, mainly through alimentation. Several epidemiological studies have found an association between non-occupational exposure to these pesticides and chronic diseases and developmental disorders. Paradoxically, their biological fate in humans is poorly understood. Some studies suggest that these insecticides could interact with ABC and SLC membrane transporters. These membrane proteins, located at blood-tissue interfaces (liver, kidney, intestine ...), handle many endogenous substrates, drugs and pollutants. The objective of our study was to characterize, using an in vitro approach, the effects of pyrethroid and organophosphorus insecticides on the activity of numerous ABC and SLC human drug-transporters (P-gp, BCRP, MRPs, OATP-1B1, -2B1, -1B3, OCT1-3, OAT1, OAT3, MATE1 and MATE2K). We have also tried to analyze the mechanisms of interactions and the structural requirements for insecticides-mediated modulation of drug transporters activities using in vitro and in silico approach. We have shown that many organophosphorus and pyrethroids are able to inhibit ABC (MRP, BCRP, P-gp) and SLC (OATP1B1, OAT3, MATE1, OCT1-2) transporters and can stimulate the activity of some OATPs. Moreover, the tested pesticides inhibited very strongly the activity of OCT1 and OCT2 and blocked catecholamine transport mediated by these transporters. A qSAR approach allowed to define physicochemical parameters associated with the modulating effects of pesticides and a molecular docking approach revealed the P-gp binding sites involved in these interactions. The consequences of transporter activitie modulation, in terms of toxic effects and drug interactions, remain to be defined for populations exposed to high doses of pesticides, occurring notably in response to poisoning. However the alterations of these transporter activities by insecticides are unlikely to contribute to organophosphorus or pyrethroids toxicities of chronic low-dose exposure.

Les séquences d’ADN et d'ARN riches en Guanines peuvent adopter des conformations inhabituelles connues sous le nom de G-quadruplexes (G4). Les topologies et les formes de ces structures fascinantes sont très diverses. Les G4 sont stabilisés par la présence de cations monovalents et des liaisons Hydrogène de type Hoogsteen. De petites molécules contribuent également à la formation de formes stables, principalement par des interactions d'empilement π - π. Bien que les G4 soient connus depuis des décennies, l'intérêt de la communauté scientifique a été stimulé par la découverte de leur effet potentiellement inhibiteur sur la télomérase, une transcriptase inverse impliquée dans la transformation maligne de la plupart des cellules cancéreuses. En ce qui concerne la télomérase, le cancer et G4, plusieurs groupes ont été impliqués dans la découverte de nouveaux stabilisateurs G4 qui peuvent indirectement inhiber l'enzyme. Des centaines de ligands ont été identifiés par ce biais au cours de la dernière décennie et c'est encore un domaine très actif. Prenant en compte les avantages et la facilité qu'offre l'identification de nouvelles structures à l'aide de techniques de calcul grâce à des modèles mathématiques simples et reproductibles, nous avons entrepris un criblage à haut débit et à faible coût de calcul afin d’identifier de nouveaux ligands G4. Avec l'utilisation de la modélisation QSAR nous pouvons prédire l’IC50 d'un ensemble de composés congénères. Nous avons également été en mesure de relier les descripteurs moléculaires qui apparaissent dans nos modèles avec des caractéristiques structurales que les études de la littérature scientifique et SAR ont rapportés dans les études précédentes, pour un ensemble de ligands congénères. En outre, nous avons construit des modèles différents utilisant des ensembles non congénères de composés en appliquant une stratégie de consensus et pu identifier six ligands approuvés par la FDA qui stabilisent les structures G4. Par la suite, en appliquant des techniques non linéaires et un processus pour le traitement de la base de données que nous avons contruite à partir de publications antérieures, nous avons effectué un criblage virtuel de plus de 500 000 ligands d'une base de données commerciale de composés. Nous avons pu identifier de nouveaux ligands avec une puissance plus forte que les précédentes, qui peuvent également stabiliser d’autres structures G4 impliqués dans les processus liés au cancer. Ces observations ouvrent un spectre large de possibilités à explorer. Malgré les limites des techniques de modélisation QSAR explorées tout au long de ce travail, nous considérons qu'elles peuvent être combinées et utilisées avec soin pour répondre à la recherche de nouveaux stabilisateurs G4. / DNA and RNA G-rich sequences can adopt unusual arrangements that are known as G-quadruplexes (G4). The topologies and forms of these fascinating structures are very diverse. G4 are stabilized by the presence of monovalent cations and Hoogsteen Hydrogen bonds. Small molecules also contribute to the formation of stable forms mainly via π-π stacking interactions. Although G4s are known for decades, interest in this field started with their potential effect on inhibition of telomerase enzyme, a Reverse Transcriptase involved in the malignant transformation of most cancer cells. With regards to telomerase, cancer and G4, several groups have been involved in the discovery of new G4 stabilizers that would indirectly inhibit the enzyme. Most of the G4 ligands were identified following this paradigm. Hundreds of ligands have been identified during the past decade and this is still a very active field in science. Taking into account the advantages and easiness that offers the identification of new structures using computational techniques we built single and reproducible mathematical models with high screening capacity and low computational cost in order to use them on the identification of G4 ligands. With the use of QSAR modelling we can predict the telIC50 of a congeneric set of compounds. We have also been able to relate the molecular descriptors that appear in ours models with some structural features that scientific literature and SAR studies have reported in previous studies as appropriated for describing the above mentioned activity, also for congeneric set of ligands. Moreover, we built different models using non congeneric sets of compounds applying a consensus strategy and could identify six FDA approved ligands that stabilize G4 structures. Subsequently, by applying nonlinear techniques and a process for the cure of the database proposed for us in previous publications, we have performed a virtual screening of more than 500 000 ligands from a commercial database of compounds, followed of structure-based model in order to reduce the number of candidates. We were able to identify new ligands with stronger potency than the previous ones, which can also stabilize other G4 structures involved in processes related to cancer. These observations open a wide-ranging spectrum of possibilities to be explored. Despite the limitations of the QSAR modelling techniques explored along this work, we consider they can be combined and used carefully to address the search for new G4 stabilizers.

<p>Transport into and across the cells of the human body is a prerequisite for the pharmacological action of drugs. Passive membrane permeability and active transport mechanisms are major determinants of the intestinal absorption of drugs, as well as of the distribution to target tissues and the subsequent metabolism and excretion from the body. In this thesis, the role of ATP-binding cassette (ABC) transporters and passive permeability on drug absorption and disposition was investigated. Particular emphasis was placed on defining the molecular properties important for these transport mechanisms. </p><p>The influence of different transport pathways on predictions of intestinal drug absorption was investigated using experimental models of different complexity. Experimental models that include the paracellular pathway gave improved predictions of intestinal drug absorption, especially for incompletely absorbed drugs. Further, the inhibition of the ABC transporters breast cancer resistance protein (BCRP/ABCG2) and multidrug-resistance associated protein 2 (MRP2/ABCC2) was experimentally investigated using structurally diverse datasets that were representative of orally administered drugs. A large number of previously unknown inhibitors were identified among registered drugs, but their clinical relevance for drug-drug interactions and drug-induced toxicity remains to be determined. The majority of the inhibitors affected all three major ABC transporters BCRP, MRP2 and P-glycoprotein (P gp/ABCB1), and these multi-specific inhibitors were found to be enriched in highly lipophilic weak bases. </p><p>To summarize, the present work has led to an increased knowledge of the molecular features of importance for ABC transporter inhibition and passive membrane permeability. Previously unknown ABC transporter inhibitors were identified and predictive computational models were developed for the different drug transport mechanisms. These could be valuable tools to assist in the prioritization of experimental efforts in early drug discovery.</p>

Transport into and across the cells of the human body is a prerequisite for the pharmacological action of drugs. Passive membrane permeability and active transport mechanisms are major determinants of the intestinal absorption of drugs, as well as of the distribution to target tissues and the subsequent metabolism and excretion from the body. In this thesis, the role of ATP-binding cassette (ABC) transporters and passive permeability on drug absorption and disposition was investigated. Particular emphasis was placed on defining the molecular properties important for these transport mechanisms. The influence of different transport pathways on predictions of intestinal drug absorption was investigated using experimental models of different complexity. Experimental models that include the paracellular pathway gave improved predictions of intestinal drug absorption, especially for incompletely absorbed drugs. Further, the inhibition of the ABC transporters breast cancer resistance protein (BCRP/ABCG2) and multidrug-resistance associated protein 2 (MRP2/ABCC2) was experimentally investigated using structurally diverse datasets that were representative of orally administered drugs. A large number of previously unknown inhibitors were identified among registered drugs, but their clinical relevance for drug-drug interactions and drug-induced toxicity remains to be determined. The majority of the inhibitors affected all three major ABC transporters BCRP, MRP2 and P-glycoprotein (P gp/ABCB1), and these multi-specific inhibitors were found to be enriched in highly lipophilic weak bases. To summarize, the present work has led to an increased knowledge of the molecular features of importance for ABC transporter inhibition and passive membrane permeability. Previously unknown ABC transporter inhibitors were identified and predictive computational models were developed for the different drug transport mechanisms. These could be valuable tools to assist in the prioritization of experimental efforts in early drug discovery.