Os neutrófilos são células fagocíticas do sistema imune inato com mecanismos especializados de digestão de patógenos, complexos imune e detritos celulares, que são mediados principalmente por espécies reativas de oxigênio (EROs) e enzimas proteolíticas. Entretanto, a ativação maciça de neutrófilos leva a uma liberação exacerbada de enzimas e EROs para o meio extracelular, o que pode ultrapassar a capacidade de defesa tecidual, composta por antioxidantes e antiproteinases, e lesar o tecido, bem como amplificar o processo inflamatório observado em algumas doenças inflamatórias, autoimunes e infecciosas. O envolvimento de neutrófilos na fisiopatologia de tais doenças tem atraído o interesse na pesquisa de novas substâncias com propriedades antioxidantes e imunomodulatórias. Neste trabalho, foi avaliado o efeito modulatório de onze derivados de cumarinas hidroxiladas e acetoxiladas sobre duas funções efetoras de neutrófilos humanos (produção de EROs e desgranulação), bem como a citotoxicidade dessas substâncias. Além disso, a relação estrutura-atividade foi analisada. Para tais investigações, o sangue venoso foi coletado de voluntários saudáveis e os neutrófilos foram isolados pelo método da gelatina. O metabolismo oxidativo dos neutrófilos foi desencadeado por zimosan opsonizado com soro humano normal (ZIops) ou forbol-12-miristato-13-acetato (PMA), e a resposta celular foi avaliada pelos ensaios de quimioluminescência dependente de lucigenina (QLluc) ou de luminol (QLlum). Para a realização desses ensaios, foram padronizadas as seguintes condições experimentais: concentração das sondas luminol e lucigenina; concentração do solvente dimetilsulfóxido; tempo de leitura da QLuc e QLlum. Posteriormente, a atividade antioxidante das cumarinas frente ao radical 2,2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH) foi avaliada espectrofotometricamente em 510 nm. Além disso, foi avaliado o efeito das cumarinas na desgranulação dos neutrófilos induzida por n-formil-metionil-leucil-fenilalanina (fMLP), utilizando-se a enzima elastase como marcador, bem como o efeito dessas substâncias na atividade da elastase liberada pelos neutrófilos. Ambos os ensaios foram realizados através da quantificação de p-nitroanilina liberada após a quebra de um substrato específico para essa enzima, em 405 nm. A toxicidade das cumarinas sobre os neutrófilos foi avaliada pela exclusão do azul de tripan e pela medida da liberação de lactato desidrogenase. Observou-se que, tanto para as células estimuladas por ZIops quanto por PMA: (i) a maioria das cumarinas inibiu a QLluc e a QLlum de maneira dependente da concentração, sendo que as mais ativas (C, D) possuíam grupos orto-diidroxi; (ii) quatro cumarinas (A, B, F, G) inibiram a QLluc, mas aumentaram a QLlum; (iii) a cumarina não-substituída (K) não teve efeito modulatório significativo sobre a QLlum ou QLluc; (iv) ordem de efeito inibitório das demais substâncias (E, H, I, J) foi dependente do número e posição dos grupos substituintes, bem como do tipo de sonda quimioluminescente (luminol ou lucigenina) e do estímulo utilizado. Verificou-se também que três cumarinas (C, D, H) tiveram atividade antioxidante significante frente ao radical livre DPPH. Além disso, quatro das substâncias avaliadas (A, B, E, G) inibiram a desgranulação dos neutrófilos, mas nenhuma delas (A - K) interferiu na atividade da elastase. A análise do conjunto de resultados obtidos sugere que o número e posição dos grupos hidroxil e acetil no esqueleto cumarínico foram importantes para a modulação do metabolismo oxidativo de neutrófilos humanos, sendo que, dependendo do tipo de EROs medida, tais características estruturais podem levar a um efeito anti- ou pró-oxidante. Além disso, o efeito modulatório das cumarinas sobre as funções efetoras dos neutrófilos foi dependente o tipo de estímulo utilizado, e não foi mediado pela toxicidade dessas substâncias, nas condições ensaiadas. Sendo assim, os resultados obtidos podem auxiliar no entendimento dos requisitos estruturais das cumarinas necessários para uma modulação eficiente das funções efetoras dos neutrófilos envolvidas em doenças inflamatórias. / Neutrophils are phagocytic cells from the innate immune system with highly developed mechanisms for intracellular digestion of pathogens, immune complexes and cell debris, which are mainly mediated by reactive oxygen species (EROs) and proteolytic enzymes. However, massive neutrophil activation lead to release of large amounts of enzymes and EROs to the extracellular milieu, that may overpower the tissue defense systems, composed of antioxidants and antiproteinases, and damage the tissue, as well as contribute to the amplification of the inflammatory process found in some inflammatory, autoimmune and infectious diseases. The involvement of neutrophils in the physiopathology of such diseases has attracted the interest in the search of new compounds with antioxidant and immunomodulatory properties. In this work, we evaluated the modulatory effect of eleven hydroxylated and acetoxylated coumarin derivatives in two effector functions of human neutrophils (EROs production and degranulation) as well as the cytotoxic effects of these compounds. In addition, the structure-activity relationship was analyzed. Venous blood was collected from healthy volunteers and neutrophils were isolated by the gelatin method to perform our experiments. The neutrophil oxidative metabolism was triggered by normal human serum-opsonized zymosan (ZIops) or phorbol-12-myristate-13-acetate (PMA), and the cellular response was evaluated by the lucigenin (QLluc)- or luminol (QLlum)-amplified chemiluminescence assays. In order to conduct this study, the following experimental conditions had to be established: concentration of the chemiluminescence probes luminol and lucigenin; concentration of the solvent dimethylsulfoxide; the QLluc and QLlum reaction time. Afterwards, the antioxidant activity against 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical (DPPH) was evaluated spectrophotometrically at 510 nm. Moreover, the effect of coumarins in the n-formyl-metionyl-leucyl-phenylalanine (fMLP)-induced neutrophil degranulation was evaluated by using elastase as marker, and the effect of these compounds in the elastase activity were also evaluated. Both assays were performed by measuring the elastase-mediated p-nitroaniline release from a specific substrate (405 nm). Toxicity of coumarins to the neutrophils was evaluated by trypan blue exclusion and measurement of lactate dehydrogenase release. Considering both, ZIops and PMA-stimulated neutrophils, we observed that: (i) most of coumarins inhibited the QLluc and the QLlum in a concentration-dependent manner, being the orto-dihydroxylated (C, D) the most active ones; (ii) four coumarins (A, B, F, G) inhibited the QLluc but increased the QLlum; (iii) the unsubstituted coumarin (K) had no significant modulatory effect on QLlum or QLluc; (iv) the rank order of inhibitory effect among the other compounds (E, H, I, J) was dependent on the number and position of substituents, as well as the type of chemiluminescent probe (luminol or lucigenin) and stimulus used. In addition, we observed that three coumarins (C, D, H) had a significant antioxidant activity against DPPH, and four compounds (A, B, E, G) inhibited the neutrophil degranulation, but none of the tested coumarins (A - K) interfered in the elastase activity. Taken together, our results suggest that the number and position of the hydroxyl and acetyl groups in the coumarin moiety were important to modulate the human neutrophil oxidative metabolism. Depending on the type of EROs measured, such structural features can lead to an anti- or pro-oxidant effect. Furthermore, the modulatory effect of coumarins on the neutrophil effector functions was dependent on the type of stimulus used, but it was not mediated by toxicity of these compounds to the neutrophils, under the assessed conditions. Therefore, the results described herein may be helpful to understand the structural requirements of coumarins to reach an efficient modulation of the neutrophil effector functions involved in inflammatory diseases.

Orientador: Douglas Soares Galvão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-27T13:47:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Troche_KarlaSouza_M.pdf: 1255427 bytes, checksum: 17251baf9cd0c68ce5c4f8e8adefec0b (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: Neste trabalho apresentamos estudos de estrutura-atividade realizados para 81 hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (PAHs) tentando identificar compostos carcinogênicos. Em particular, empregamos uma nova metodologia desenvolvida para tratar o problema da correlação estrutura geométrica com atividade biológica, denominada Metodologia de Índices Eletrônicos (MIE). Utilizamos três métodos semi-empíricos para estudar a dependência entre a qualidade dos resultados obtidos pela MIE e o Hamiltoniano utilizado. Para validarmos os descritores utilizados pela MIE, investigamos a relação entre a atividade experimental dos PAHs e descritores teóricos através de cinco metodologias de reconhecimento de padrões: a Análise de Componentes Principais (PCA), Análise Hierárquica de Agrupamentos (HCA), K-ésimo vizinho mais próximo (KNN), Soft Independent Modeling of Class Analogies (SIMCA) e as Redes Neurais Artificiais (NN). Para estas investigações distintas pudemos correlacionar a atividade dos PAHs estudados com parâmetros teóricos, em sua maioria eletrônicos, onde os parâmetros utilizados na MIE foram selecionados pelos diferentes métodos. Este estudo valida estatisticamente a MIE como uma nova metodologia capaz de identificar compostos biologicamente ativos, e com um custo computacional menor que técnicas convencionais de Relação estrutura-atividade (SAR) e apresentando um desempenho, em geral superior / Abstract: In this work we present the study structure-activity realized for 81 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) trying to identify carcinogenic compounds. Particularly, we used a new methodology developed to deal with the problem of correlation between geometrical structure and biological activity, the Electronic Indices Methodology (EIM). We used three semi-empirical methods to analyze the dependence between the quality of results obtained through EIM and the Hamiltonian used. In order to validate the descriptors used in EIM, we investigated the relationship between the experimental activity of PAHs and the theorical descriptors through five methodologies of pattern recognition: Principal Component Analysis (PCA), Hierarchical Cluster Analysis (HCA), Kth Nearest Neighbor (KNN), Soft Independent Modeling of Class Analogies (SIMCA) and Neural Networks (NN). From these different investigations, we could correlate the activity of PAHs studied with theorical parameters, almost all electronic, where the used parameters on EIM were selected with the different methods. These studies validate the statistical value of electronic parameters derived from EIM analysis and their ability to identify active compounds. The EIM out performed more standard Structure-Activity Relationship (SAR) methodologies / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

Orientador: Vani Xavier de Oliveira Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2013

As estruturas e propriedades biológicas das amidas piplartina e a piperina, isoladas respectivamente de Piper tuberculatum e P. nigrum, inspiraram a síntese de 89 derivados e 7 esters estruturalmente relacionadas. As preparações envolveram metodologias tradicionais e os compostos purificados tiveram suas estruturas caracterizadas por análises espectroscópicas e espectrométricas. Os estudos de fragmentação por IE e IES indicaram a clivagem preferencial da ligação N-CO no caso das cinamamidas, dienamidas e cinamimidas. Estudos computacionais envolvendo afinidade protônica e energias de ligação confirmaram a fragmentação preferencial da ligação amídica para as amidas. A citotoxicidade de 89 substâncias foi avaliada contra três células leucêmicas (K562, Nalm6 e Raji) e a partir dos valores de IC50 foram realizados estudos de relação estrutura-atividade (SAR). As linhagens K562 e a Nalm6 foram a mais resistente e vulnerável, respectivamente, e as amidas piplartina (1a), N-Ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4,5-trimetoxifenil)propanamida (1n), e (E)-N,N-dibutil-3-(3,4-dimetoxifenil)acrilamida (13h) foram as mais ativas com IC50 de 0,34 µM; 0,84 µM e 1,88 µM contra K562 e (E)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4-dimetoxifenil)acrylamida (13i) com IC50 de 0,98 µM contra Nalm6. A avaliação de atividade leishmanicida de 18 substâncias não se mostrou promissora. As abordagens qualitativas e quantitativas foram feitas baseadas nos descritores moleculares gerados pelo programa VolSurf+. A partir de métodos quimiométricos tais com PLS, algoritmo genético, árvores de decisão foi possível gerar modelos para correlacionar às propriedades moleculares com a atividade biológica. As propriedades de absorção, distribuição, metabolismo e excreção e os equilíbrios entres as regiões hidrofílicas e hidrofóbicas foram importantes para atividade citotóxica. O estudo de ancoragem molecular mostrou que as amidas (E)-N,N-dibutil-3-(3,4,5-trimetoxifenil)acrilamida (1l), 1n, (E)-3-(4-clorofenil)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)acrilamida (5a), 13h e 13i podem atuar como inibidores das histonas desacetilases particularmente HDAC4 e HDAC8. / The structures and biological properties of the amides piplartine and piperine isolated from Piper tuberculatum and P. nigrum respectively, inspired the synthesis of derivatives 89 and 7 esters structurally related. Their preparations were achieved using classical procedures and the purified amides were submitted to spectroscopic and spectrometric characterization. The study of fragmentation process by EI and ESI suggested the preferential cleavage of the N-CO bond of cinnamamides, dienamides and cinnamimides. The cytotoxicity of 89 compounds was evaluated against three leukemic cells (K562, Nalm6 and Raji) and based on IC50 values the structure-activity relationship (SAR) was performed. While the K562 and Nalm6 cells were the more resistant and more sensitive, respectively, the amides piplartine (1a), N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)propanamide (1n) and (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13h) were in general the most active with IC50 of 0.34 µM, 0.84 µM and 1.88 µM against K562 and (E)-N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13i) with IC50 of 0.98 µM against Nalm6. The evaluation of leishmanicidal activity of 18 substances was also performed but was not promising. Qualitative and quantitative approaches were made based on molecular descriptors generated by VolSurf+ program. The chemometric methods such as PLS, genetic algorithm, decision trees generated models to correlate molecular properties with the biological activity. The absorption, distribution, metabolism and excretion properties and a balance between hydrophilic and hydrophobic moieties of the amides were important for an optimized activity. The molecular docking revealed that amides such as (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylamide (1l), 1n, (E)-3-(4-chlorophenyl)-N-cyclohexil-N-(cyclohexylcarbamoyl)acrylamide (5a), 13h and 13i have potential to act as possible inhibitors of histone deacetylase proteins particularly HDAC4 and HDAC8.

A hemoglobina (Hb) é uma fonte reconhecida de peptídeos com funções biológicas diversas. O fragmento 33-61 da cadeia α da Hb, isolado do trato gastrointestinal do carrapato Boophilus microplus, foi o primeiro a ser descrito com ação antimicrobiana. O seu análogo sintético amidado, Hb33-61a, mostrou-se ativo contra bactérias Gram-positivas e fungos [Fogaça et al. (1999) J. Biol. Chem. 274, 25330-4]. O estudo de análogos do Hb33-61 nas formas amidada e com carboxila livre revelou que a amidação provoca aumento significativo da atividade frente a Candida albicans. Por apresentar propriedades biológicas e estruturais idênticas às do Hb33-61a, o Hb40-61a pareceu ser a sua porção mÌnima ativa [Sforça et al. (2005) Biochemistry 44, 6440- 51; Machado et al. (2007) Biopolymers 88, 413-26]. Para comprovar tal sugestão, no presente trabalho, sintetizamos, purificamos e caracterizamos novos an·logos do Hb33-61a, bem como os avaliamos quanto às suas atividades frente a C. albicans e Micrococcus luteus. Os resultados confirmaram a sugestão apenas para a ação antifúngica. O análogo Hb40-61a também se mostrou ativo frente a C. albicans resistente a fluconazol. A sua atividade antifúngica se mostrou fortemente dependente da força iônica do meio. A sua baixa atividade hemolítica foi confirmada mesmo em meio de baixa força iônica. O peptídeo Hb40-61a não apresentou sinergismo com o fluconazol frente a C. albicans. A cinética de morte celular mostrou que ele mata a levedura de forma rápida. Portanto, esta hemocidina sintética pode apresentar valor comercial se a via de administração for tópica ou se o seu uso envolver meios de baixa força iônica. Além disso, ela é um modelo valioso para o estudo do mecanismo de ação de peptídeos antimicrobianos com características estruturais similares e pode servir de base para o desenho de novos agentes antibiôticos. / It is well known that hemoglobin (Hb) is a source of biologically active peptides. The fragment 33-61 of bovine hemoglobin α-chain, isolated from the gut contents of the tick Boophilus microplus, was the first identified with antimicrobial activity . Its amidated analogue, Hb33-61a, showed to be active against Gram-positive bacteria and fungi strains [FogaÁa et al. (1999) J. Biol. Chem. 274, 25330-4]. The study of a series of carboxyl-free and amidated synthetic analogues of Hb33-61 revealed that C-terminus amidation enhances the activity against Candida albicans. Since Hb33-61a and Hb40-61a presented identical biological and structural properties, it seemed that Hb40-61a was Hb33-61a minimal active motif [SforÁa et al. (2005) Biochemistry 44, 6440- To test this suggestion, in the present study 51; Machado et al. (2007) Biopolymers 88, 413-26]. we synthesized, purified and characterized Hb40-61a analogues and assayed them against C. albicans and Micrococcus luteus. The results confirmed the suggestion only for the antifungal activity. When tested against fluconazole-resistant C. albicans, Hb40-61a was also active. Its antifungal activity showed to be dependent on the ionic strength of the medium. Its low hemolytic activity was confirmed even under low ionic strength conditions. Hb40-61a had no synergic effect with fluconazole on C. albicans. In vitro time-kill assays demonstrated that Hb40-61a kills the yeast rapidly. Therefore, this synthetic hemocidin may be of commercial interest for topical application or other uses involving low ionic strength medium. Moreover, it can serve as a template for the study of the mechanism of action of structurally related antimicrobial peptides or for the design of novel antibiotic drugs.

Submitted by Rosangela Silva (rosangela.silva3@unioeste.br) on 2017-08-30T20:10:51Z No. of bitstreams: 2 TAISA PEREIRA PIACENTINI RIBEIRO.pdf: 3904493 bytes, checksum: 479855c30863d881e3a40de6b85ca548 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-30T20:10:51Z (GMT). No. of bitstreams: 2 TAISA PEREIRA PIACENTINI RIBEIRO.pdf: 3904493 bytes, checksum: 479855c30863d881e3a40de6b85ca548 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-09 / The search for new herbicides to control herbicides-resistant weeds is necessary to attend the rising demand of food from the world’s population. This work was divided into two parts. The first aimed to obtain a model of QSAR-2D, 3D and hybrid to predict compounds with activity to the inhibition of photosynthesis. For this, was used a data set of 44 quinoline analogues described in the literature as PET inhibitors, and all tested in the same bioassay method. For construction of models were used the programs QSAR Modeling and Pentacle. The obtained models A, C and D, were approved in the validation tests (internal and external), they are robust and with good predictive capacity. The second part of studie aimed to identify a pharmacophore model, for select compounds from the data set of first part, aiming to use as a tool for virtual screening. The research resulted in 86,560 compounds, and thus several screening filters were applied according to Briggs rule of three, in silico toxicity analyzes, unsupervised pattern recognition (PCA), and docking studies. As a result, 28 compounds remained, all of which showed potential to be herbicides, through the prediction using the obtained QSAR models, however, only the model D proved to be reliable for prediction the virtual screening. Finally, we selected the ten compounds that presented the highest predictive value of PET inhibition activity, using the model D. / A busca de novos herbicidas para o controle de ervas daninhas resistentes é necessária para atender à crescente demanda alimentar da população mundial. Este trabalho foi dividido em duas partes. A primeira teve por objetivo a obtenção de modelos de QSAR-2D, 3D e híbrido para previsão de compostos com atividade de inibição da fotossíntese. Para isso, foi utilizado um conjunto de dados formado por 44 análogos de quinolina descritos na literatura como inibidores do PET e todos testados pela mesma metodologia de ensaio biológico. Para construção dos modelos foram utilizados os programas QSAR Modeling e Pentacle. Os modelos A, C e D obtidos foram aprovados nos testes de validação (interna e externa), são robustos e com boa capacidade de previsão. A segunda parte do estudo teve como objetivo a identificação de um modelo farmacofórico, para compostos selecionados do conjunto de dados da primeira parte, visando o uso do mesmo como ferramenta para triagem virtual. A pesquisa resultou em 86.560 compostos, e assim foram aplicados diversos filtros de seleção de acordo com a regra de três de Briggs, análises “in silico” de toxicidade, técnica de reconhecimento de padrões não supervisionados (PCA), e estudos e ancoramento molecular. Como resultado, restaram 28 compostos, sendo que todos mostraram potencial para serem herbicidas, através da previsão utilizando os modelos de QSAR obtidos, porém apenas o modelo D mostrou-se confiável para previsão da triagem virtual. Por fim, foram selecionados os dez compostos que apresentaram maior valor de previsão de atividade de inibição do PET, utilizando o modelo D.

Os neutrófilos desempenham um papel fundamental na defesa do organismo contra microrganismos invasores, através da fagocitose, da degranulação e da produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), sendo que esta última é decorrente da ativação do metabolismo oxidativo dos neutrófilos. As EROs produzidas, tais como O2∙-, H2O2, HO∙, HOCl, 1O2 e NO, que são essenciais para matar os microrganismos fagocitados, podem também ser liberadas para o meio extracelular e causar lesões oxidativas aos tecidos do hospedeiro. Essas lesões têm sido implicadas na patogênese de doenças como aterosclerose, câncer, artrite reumatóide, pneumonia e enfisema pulmonar. Com o intuito de prevenir essas lesões oxidativas, tem-se investigado a atividade antioxidante de diversos compostos, especialmente os derivados de plantas. Neste trabalho foram avaliadas as atividades de oito cumarinas simples (compostos 1 a 8) sobre o metabolismo oxidativo de neutrófilos de coelho estimulados com Zimosan opsonizado, empregando-se os ensaios de quimioluminescência (QL) dependente de lucigenina (QLluc) e de QL dependente de luminol (QLlum). A QLluc reflete a produção apenas de O2∙- , enquanto que a QLlum é resultante da oxidação do luminol pelas diversas EROs produzidas pelos neutrófilos estimulados. Assim, a inibição da QLluc e da QLlum será decorrente da redução da concentração das EROs responsáveis pela oxidação da lucigenina e do luminol no meio de reação, respectivamente. Foram avaliadas também a atividade dos antioxidantes a-tocoferol, butil-hidroxitolueno (BHT) e quercetina sobre a QLlum e a QLluc, e a toxicidade das cumarinas 1 a 8 e dos três antioxidantes citados sobre os neutrófilos de coelho. Determinou-se o coeficiente de partição e o volume molecular das cumarinas 1 a 8. Dentre os três antioxidantes, observou-se que a quercetina inibiu tanto a QLlum quanto a QLluc, e não foi tóxica para os neutrófilos, na concentração de 50 mmol/L. O a-tocoferol não inibiu a QLlum nem a QLluc, enquanto o BHT foi tóxico para os neutrófilos de coelho. Para as cumarinas simples, observou-se que: (1) a cumarina 1 não apresentou atividade inibitória sobre a QLluc e sobre a QLlum; (2) as cumarinas 3, 4, 5 e 6 tiveram atividades inibitórias sobre a QLluc semelhantes à da quecetina, que foram maiores que as das cumarinas 2, 7 e 8; (3) as atividades inibitórias das cumarinas 2 a 8 sobre a QLluc não estão relacionadas à lipofilicidade e ao volume molecular desses compostos, nem à toxicidade dos mesmos sobre os neutrófilos de coelho; (4) as cumarinas 3 e 4 provocaram aumento da QLlum medida, enquanto as demais não tiveram atividade neste sistema. / Neutrophils play a crucial role in the defense of the organism against invading microorganisms, thorough phagocytosis, degranulation and generation of reactive oxygen species (EROS). The last one is a consequence of activation of neutrophils\' oxidative metabolism. The produced EROs, such as O2∙-, H2O2, HOCl, HO∙, 1O2 and NO, which are essential for killing phagocyted microorganisms, may also be released to the extracellular milieu and inflict oxidative damage to host tissues. This damage has been implicated in the pathogenesis of diseases, such as arteriosclerosis, cancer, rheumatoid arthritis, pneumonia and lung emphysema. The antioxidant activity of many compounds, especially those obtained from plants, has been investigated with the aim of avoid such oxidative damage. In this work, we studied the activity of eight simple coumarins (compounds 1 to 8) on the oxidative metabolism of rabbit neutrophils upon stimulation by opsonized zymosan, using luminol- (QLlum) and lucigenin (QLluc)-enhanced chemiluminescence (QL) assays. QLluc reflects generation of O2∙- only, whereas QLlum is a result of luminol oxidation by the various EROs produced by the stimulated neutrophils. Inhibition of QLluc and of QLlum will be a consequence of the decrease of the concentration of that EROs which are involved in the oxidation of lucigenin and luminol, respectively, in the reaction medium. We also evaluated the activity of the antioxidants a-tocopherol, butyl-hydroxytoluene (BHT) and quercetin on QLlum and QLluc, and the toxicity of coumarins 1 to 8 and the three antioxidants on rabbit neutrophils. Partition coefficient and molecular volume values of coumarins 1 to 8 were determined. We observed that, among the three antioxidants, quercetin inhibited QLlum and QLluc, and was not toxic to the neutrophils at concentration of 50 mmol/L. BHT was toxic to the rabbit neutrophils whereas a-tocopherol did not inhibit QLlum nor QLluc. For the simple coumarins we observed that: (1) coumarin 1 did not inhibit QLlum nor QLluc; (2) coumarins 3, 4, 5 and 6 had inhibitory effects, which were similar to the quercetin and higher than coumarins 2, 7 and 8; (3) the inhibitory activities of coumarins 2 to 8 on QLluc were not related to the lipophilicity and to the molecular volume of these compounds, nor to their toxicity upon the rabbit neutrophils; (4) coumarins 3 and 4 increased the QLlum, whereas the others had no effect on this system.

Submitted by Maike Costa (maiksebas@gmail.com) on 2017-09-13T12:15:49Z No. of bitstreams: 1 arquuivototal.pdf: 3577415 bytes, checksum: 0e9d2a60e77718e50720d15b7cad6fb1 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-13T12:15:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquuivototal.pdf: 3577415 bytes, checksum: 0e9d2a60e77718e50720d15b7cad6fb1 (MD5) Previous issue date: 2016-02-18 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / In recent decades fungal infections have increased, and their high rates of morbidity and mortality have brought them much attention. Immunocompromised patients are more susceptible to microorganism infections; in particular, fungal species of the genus Aspergillus spp. Among the current infectious filamentous fungi they have a rather high incidence. Antifungal treatments have been subjected to numerous studies, and the increasing number of resistant fungal species has been highlighted. Thus, we see the importance of seeking new, more effective, and less toxic therapeutic sources. The aim of this study was to evaluate the in vitro antifungal activity and structure activity relationships of coumarin compounds against Aspergillus species. For this the MIC of 24 coumarin compounds was determined and subsequent SAR studies were performed with computer software. 12 of the 24 tested coumarin derivatives have antifungal activity, with 5 has shown excelent activity. Thus two derivatives, 7-hydroxy-6-nitrocoumarin (Cou-UNO2), and 4-acetoxycoumarin (Cou-UMB16), with better MIC values were evaluated via inhibition of mycelial growth and conidial germination, and by mechanism of action testing. The products were evaluated in combination with antifungals standards. The results showed that 12 of the 24 tested coumarin derivatives have antifungal activity, with MIC values ranging from 1024-16μg/ml. SAR studies have showed that the presence of a short aliphatic chain, and/or electronegative groups like ring substituents are favorable for antifungal activity. The coumarin derivatives with better MIC values (16μg/ml); Cou-UNO2 and Cou-UMB16 were capable of inhibiting both the mycelial growth and conidial germination of Aspergillus spp. Their activity is on the structure of the fungal cell wall. Cou-NO2, in a sub-inhibitory concentration, enhanced the in vitro effects of azoles, and in combination with azoles (voriconazole and itraconazole) there was an additive effect. Cou-UMB16 in combination with azoles (voriconazole and itraconazole) had synergistic or additive effects depending on the strain used. Thus this study concludes that coumarin derivatives have antifungal activity against the species A. flavus and A. fumigatus. The coumarin Cou-UMB16 and Cou-UNO2 have able to inhibit the mycelial growth and conidio germination and that this activity is due to its action on the fungal cell wall and the presence of electronegative groups as substituents of the benzopyrone ring favors this activity. / As infecções fúngicas, nas últimas décadas, têm se destacado devido ao seu crescente aumento e suas elevadas taxas de morbidade e mortalidade. Pacientes imunocomprometidos são os que possuem maior susceptibilidade a estes micro-organismos. Dentre estas infecções fúngicas, as espécies pertencentes ao gênero Aspergillus spp. possuem alta incidência entre os fungos filamentosos. A terapêutica antifúngica tem sido alvo de numerosos estudos e nestes tem sido destacado o crescente aumento de espécies fúngicas resistentes. Dessa forma, destaca-se a importância da busca de novas fontes terapêuticas que se apresentem mais eficazes e com menos tóxicas ao hospedeiro. Assim o objetivo deste estudo foi avaliar a atividade antifúngica in vitro e relação estrutura atividade (SAR) dos compostos cumarínicos frente às espécies do gênero Aspergillus. Para tal foi determinada a CIM de 24 compostos cumarínicos e posteriormente realizado estudos SAR com softwares computacionais. Dos 24 compostos ensaiados, 12 demonstraram possuir atividade antifúngica e 5 obtiveram forte atividade antifúngica. Destes derivados cumarínicos com forte atividade antifúngica, dois merecem destaque, 7-hidroxi-6-nitrocumarina (Cou-UNO2) e 4-acetóxicumarina (Cou-UMB16), com melhores valores de CIM, foram avaliados via testes de inibição do crescimento micelial, germinação dos conídios e testes de determinação do mecanismo de ação. Por fim os produtos foram avaliados em combinação com antifúngicos padrões. Os resultados demonstraram que 12 derivados cumarínicos dos 24 ensaiados possuem atividade antifúngica, com valores de CIMs variando entre 1024-16μg/mL. A SAR demonstra que a adição de grupos eletronegativos, como substituintes do anel benzopirona, favorece a atividade antifúngica destes compostos. Os derivados cumarínicos com melhores CIM (16μg/mL), 7-hidroxi-6-nitrocumarina (Cou-UNO2) e 4-acetóxicumarina (Cou-UMB16) foram capazes de inibir o crescimento micelial e a germinação dos conídios de Aspergillus spp. E estes possuem ação sobre a estrutura da parede celular fúngica. Em uma concentração subinibitória, Cou-UNO2 potencializou a ação in vitro dos derivados azólicos e em combinação com os derivados azólicos (voriconazol e itraconazol) observou-se um efeito aditivo. Já Cou-UMB16 em combinação com os derivados azólicos (voriconazol e itraconazol) obteve um efeito sinérgico a aditivo, dependendo da linhagem utilizada. Logo este estudo conclui que os derivados cumarínicos possuem atividade antifúngica contra as espécies de A. flavus e A. fumigatus. As cumarinas Cou-UNO2 e Cou-UMB16 foram capazes de inibir o crescimento micelial e a germinação dos conídios e que esta atividade seja devido a sua ação sobre a parede celular fúngica. E que esta atividade é favorecida pela presença de moléculas eletronegativas no anel básico da cumarina (1,2-benzopirona).

Os neutrófilos desempenham um papel fundamental na defesa do organismo contra microrganismos invasores, através da fagocitose, da degranulação e da produção de espécies reativas de oxigênio (EROs), sendo que esta última é decorrente da ativação do metabolismo oxidativo dos neutrófilos. As EROs produzidas, tais como O2∙-, H2O2, HO∙, HOCl, 1O2 e NO, que são essenciais para matar os microrganismos fagocitados, podem também ser liberadas para o meio extracelular e causar lesões oxidativas aos tecidos do hospedeiro. Essas lesões têm sido implicadas na patogênese de doenças como aterosclerose, câncer, artrite reumatóide, pneumonia e enfisema pulmonar. Com o intuito de prevenir essas lesões oxidativas, tem-se investigado a atividade antioxidante de diversos compostos, especialmente os derivados de plantas. Neste trabalho foram avaliadas as atividades de oito cumarinas simples (compostos 1 a 8) sobre o metabolismo oxidativo de neutrófilos de coelho estimulados com Zimosan opsonizado, empregando-se os ensaios de quimioluminescência (QL) dependente de lucigenina (QLluc) e de QL dependente de luminol (QLlum). A QLluc reflete a produção apenas de O2∙- , enquanto que a QLlum é resultante da oxidação do luminol pelas diversas EROs produzidas pelos neutrófilos estimulados. Assim, a inibição da QLluc e da QLlum será decorrente da redução da concentração das EROs responsáveis pela oxidação da lucigenina e do luminol no meio de reação, respectivamente. Foram avaliadas também a atividade dos antioxidantes a-tocoferol, butil-hidroxitolueno (BHT) e quercetina sobre a QLlum e a QLluc, e a toxicidade das cumarinas 1 a 8 e dos três antioxidantes citados sobre os neutrófilos de coelho. Determinou-se o coeficiente de partição e o volume molecular das cumarinas 1 a 8. Dentre os três antioxidantes, observou-se que a quercetina inibiu tanto a QLlum quanto a QLluc, e não foi tóxica para os neutrófilos, na concentração de 50 mmol/L. O a-tocoferol não inibiu a QLlum nem a QLluc, enquanto o BHT foi tóxico para os neutrófilos de coelho. Para as cumarinas simples, observou-se que: (1) a cumarina 1 não apresentou atividade inibitória sobre a QLluc e sobre a QLlum; (2) as cumarinas 3, 4, 5 e 6 tiveram atividades inibitórias sobre a QLluc semelhantes à da quecetina, que foram maiores que as das cumarinas 2, 7 e 8; (3) as atividades inibitórias das cumarinas 2 a 8 sobre a QLluc não estão relacionadas à lipofilicidade e ao volume molecular desses compostos, nem à toxicidade dos mesmos sobre os neutrófilos de coelho; (4) as cumarinas 3 e 4 provocaram aumento da QLlum medida, enquanto as demais não tiveram atividade neste sistema. / Neutrophils play a crucial role in the defense of the organism against invading microorganisms, thorough phagocytosis, degranulation and generation of reactive oxygen species (EROS). The last one is a consequence of activation of neutrophils\' oxidative metabolism. The produced EROs, such as O2∙-, H2O2, HOCl, HO∙, 1O2 and NO, which are essential for killing phagocyted microorganisms, may also be released to the extracellular milieu and inflict oxidative damage to host tissues. This damage has been implicated in the pathogenesis of diseases, such as arteriosclerosis, cancer, rheumatoid arthritis, pneumonia and lung emphysema. The antioxidant activity of many compounds, especially those obtained from plants, has been investigated with the aim of avoid such oxidative damage. In this work, we studied the activity of eight simple coumarins (compounds 1 to 8) on the oxidative metabolism of rabbit neutrophils upon stimulation by opsonized zymosan, using luminol- (QLlum) and lucigenin (QLluc)-enhanced chemiluminescence (QL) assays. QLluc reflects generation of O2∙- only, whereas QLlum is a result of luminol oxidation by the various EROs produced by the stimulated neutrophils. Inhibition of QLluc and of QLlum will be a consequence of the decrease of the concentration of that EROs which are involved in the oxidation of lucigenin and luminol, respectively, in the reaction medium. We also evaluated the activity of the antioxidants a-tocopherol, butyl-hydroxytoluene (BHT) and quercetin on QLlum and QLluc, and the toxicity of coumarins 1 to 8 and the three antioxidants on rabbit neutrophils. Partition coefficient and molecular volume values of coumarins 1 to 8 were determined. We observed that, among the three antioxidants, quercetin inhibited QLlum and QLluc, and was not toxic to the neutrophils at concentration of 50 mmol/L. BHT was toxic to the rabbit neutrophils whereas a-tocopherol did not inhibit QLlum nor QLluc. For the simple coumarins we observed that: (1) coumarin 1 did not inhibit QLlum nor QLluc; (2) coumarins 3, 4, 5 and 6 had inhibitory effects, which were similar to the quercetin and higher than coumarins 2, 7 and 8; (3) the inhibitory activities of coumarins 2 to 8 on QLluc were not related to the lipophilicity and to the molecular volume of these compounds, nor to their toxicity upon the rabbit neutrophils; (4) coumarins 3 and 4 increased the QLlum, whereas the others had no effect on this system.

As estruturas e propriedades biológicas das amidas piplartina e a piperina, isoladas respectivamente de Piper tuberculatum e P. nigrum, inspiraram a síntese de 89 derivados e 7 esters estruturalmente relacionadas. As preparações envolveram metodologias tradicionais e os compostos purificados tiveram suas estruturas caracterizadas por análises espectroscópicas e espectrométricas. Os estudos de fragmentação por IE e IES indicaram a clivagem preferencial da ligação N-CO no caso das cinamamidas, dienamidas e cinamimidas. Estudos computacionais envolvendo afinidade protônica e energias de ligação confirmaram a fragmentação preferencial da ligação amídica para as amidas. A citotoxicidade de 89 substâncias foi avaliada contra três células leucêmicas (K562, Nalm6 e Raji) e a partir dos valores de IC50 foram realizados estudos de relação estrutura-atividade (SAR). As linhagens K562 e a Nalm6 foram a mais resistente e vulnerável, respectivamente, e as amidas piplartina (1a), N-Ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4,5-trimetoxifenil)propanamida (1n), e (E)-N,N-dibutil-3-(3,4-dimetoxifenil)acrilamida (13h) foram as mais ativas com IC50 de 0,34 µM; 0,84 µM e 1,88 µM contra K562 e (E)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)-3-(3,4-dimetoxifenil)acrylamida (13i) com IC50 de 0,98 µM contra Nalm6. A avaliação de atividade leishmanicida de 18 substâncias não se mostrou promissora. As abordagens qualitativas e quantitativas foram feitas baseadas nos descritores moleculares gerados pelo programa VolSurf+. A partir de métodos quimiométricos tais com PLS, algoritmo genético, árvores de decisão foi possível gerar modelos para correlacionar às propriedades moleculares com a atividade biológica. As propriedades de absorção, distribuição, metabolismo e excreção e os equilíbrios entres as regiões hidrofílicas e hidrofóbicas foram importantes para atividade citotóxica. O estudo de ancoragem molecular mostrou que as amidas (E)-N,N-dibutil-3-(3,4,5-trimetoxifenil)acrilamida (1l), 1n, (E)-3-(4-clorofenil)-N-ciclohexil-N-(ciclohexilcarbamoil)acrilamida (5a), 13h e 13i podem atuar como inibidores das histonas desacetilases particularmente HDAC4 e HDAC8. / The structures and biological properties of the amides piplartine and piperine isolated from Piper tuberculatum and P. nigrum respectively, inspired the synthesis of derivatives 89 and 7 esters structurally related. Their preparations were achieved using classical procedures and the purified amides were submitted to spectroscopic and spectrometric characterization. The study of fragmentation process by EI and ESI suggested the preferential cleavage of the N-CO bond of cinnamamides, dienamides and cinnamimides. The cytotoxicity of 89 compounds was evaluated against three leukemic cells (K562, Nalm6 and Raji) and based on IC50 values the structure-activity relationship (SAR) was performed. While the K562 and Nalm6 cells were the more resistant and more sensitive, respectively, the amides piplartine (1a), N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)propanamide (1n) and (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13h) were in general the most active with IC50 of 0.34 µM, 0.84 µM and 1.88 µM against K562 and (E)-N-cyclohexyl-N-(ciclohexylcarbamoyl)-3-(3,4-dimethoxyphenyl)acrylamide (13i) with IC50 of 0.98 µM against Nalm6. The evaluation of leishmanicidal activity of 18 substances was also performed but was not promising. Qualitative and quantitative approaches were made based on molecular descriptors generated by VolSurf+ program. The chemometric methods such as PLS, genetic algorithm, decision trees generated models to correlate molecular properties with the biological activity. The absorption, distribution, metabolism and excretion properties and a balance between hydrophilic and hydrophobic moieties of the amides were important for an optimized activity. The molecular docking revealed that amides such as (E)-N,N-dibutyl-3-(3,4,5-trimethoxyphenyl)acrylamide (1l), 1n, (E)-3-(4-chlorophenyl)-N-cyclohexil-N-(cyclohexylcarbamoyl)acrylamide (5a), 13h and 13i have potential to act as possible inhibitors of histone deacetylase proteins particularly HDAC4 and HDAC8.