Doenças causadas por agentes infecciosos e parasitários são chamadas negligenciadas por não despertarem interesse das indústrias farmacêuticas para o desenvolvimento de novas alternativas terapêuticas. Essas doenças são responsáveis por levar milhões de pessoas à morte todos os anos e afetam principalmente os países pobres e em desenvolvimento. Dentre estas, a doença de Chagas e as leishmanioses, parasitoses causadas por parasitas flagelados pertencentes à família Trypanosomatidae, T. cruzi e Leishmaina sp., respectivamente, se apresentam como um sério problema de saúde pública mundial. Endêmicas em vários países e causando milhões de mortes anualmente, ainda hoje não existem fármacos eficientes e seguros para o tratamento dessas doenças. Este panorama torna eminente a necessidade de pesquisa e desenvolvimento de novos fármacos para essas parasitoses. A busca por agentes quimioterápicos envolve a seleção de vias metabólicas essenciais à sobrevivência dos parasitas. Dentre estas, destacamse cisteíno-proteases presentes nesses tripanossomatídeos, deste modo a cruzaína no T. cruzi, e a CPB2.8 na Leishmania mexicana, se mostram como alvos bioquímicos promissores. A disponibilidade de estruturas cristalográficas da cruzaína e do sequenciamento genômico da CPB2.8, nos permite utilizar estratégias de planejamento de fármacos baseado no receptor (SBDD) na identificação de candidatos a fármacos para essas doenças. Entre as técnicas modernas de SBDD utilizadas, a triagem virtual possibilita identificar promissores candidatos a novos fármacos. Assim neste trabalho, obteve-se por meio da técnica de modelagem comparativa o modelo da enzima CPB2.8 de L. mexicana, visto a indisponibilidade da estrutura cristalográfica no Protein Data Bank (PDB). De modo a refinar o modelo construído realizou-se a simulação por dinâmica molecular de 100ns, apresentando estabilização a partir de 80ns. A simulação por dinâmica molecular foi validada por meio do gráfico de Ramachandran, gráfico de raio de giro, RMSD, gráfico de superfície hidrofóbica. Foram calculados os mapas de interação molecular no programa GRID das seguintes proteínas: cruzaína, CPB2.8, catepsina B e catepsina L, e, posteriormente, foi construído um modelo farmacofórico baseado no sítio ativo das enzimas cruzaína e CPB2.8. O modelo farmacofórico da cruzaína foi validado por curva ROC apresentando valor de AUC 61%. A triagem virtual foi realizada para ambas as proteínas e foram obtidos 369 compostos para a cuzaína e 225 compostos para a CPB2.8. Foi realizado o ancoramento molecular desses compostos obtidos pela triagem virtual a fim de diminuir a quantidade de compostos a serem avaliados experimentalmente. / Neglected diseases are caused by parasites and infectious agents and affect mainly people in poor areas being prevalent in 149 countries and causing 534,000 deaths per year. Among neglected diseases we can highlight Chagas Disease and Leishmaniasis, both have a high rate of morbidity and mortality and both are addressed in this project in the search of new drugs against a NTD. Nowadays, the search for new drugs involves the selection of biological pathways essential for parasite survival, in this class of parasites we can suggest the cysteine proteases, a proteases family present in Trypanosoma cruzi and and Leishmania ssp. In order to obtain a new agent against Neglected Disease in this work was obtained the model of the enzyme CPB2.8 of L. mexicana using the comparative modeling technique, due to the unavailability of the crystallographic structure in the Protein Data Bank (PDB). In order to refine the constructed model was performed the molecular dynamics simulation of 100ns, stabilization was achieved from 80ns. Molecular dynamics simulation was validated using the Ramachandran graph, radius of rotation graph, RMSD, hydrophobic surface area graph. The molecular interaction fields were calculated in the GRID program to cruzain, CPB2.8, cathepsin B and cathepsin L. Based on molecular interaction fields generated pharmacophoric models were constructed using information about the active site of the enzymes cruzain and CPB2.8. The pharmacophoric model of cruzain was validated by ROC curve presenting AUC value of 61%. Virtual screening was performed for both proteins and 369 compounds were obtained for cuzain and 225 compounds for CPB2.8. Docking studies of these compounds was performed in order to decrease the amount of compounds to be evaluated experimentally.

A cana-de-açúcar é uma das principais fontes de energia renovável, constituindo a matéria-prima mais importante na busca por energia limpa e sustentável. Os benefícios ambientais provenientes da produção e do uso dos derivados de cana-de-açúcar fomentam o desenvolvimento de métodos e produtos que aumentem, de modo sustentável, a geração de bioenergia. Dentre os diversos fatores limitantes para o aumento da produção de cana-de-açúcar, destaca-se a ocorrência e a severidade de fitopatologias como a escaldadura das folhas. Essa doença, causada pela bactéria Xanthomonas albilineans, causa diminuição da produtividade, necessidade de reforma precoce dos canaviais e queda de qualidade do caldo extraído que determinam prejuízos econômicos significativos para os agricultores. Atualmente, não há alternativas disponíveis para o controle químico ou biológico dessa fitopatologia. Portanto, existe uma necessidade urgente de desenvolvimento de novas moléculas como defensivos agrícolas que sejam eficazes, seletivas, de baixo custo e impacto ao meio ambiente. A X. albilineans produz uma família de antibióticos e fitotoxinas conhecida como albicidinas. As enzimas envolvidas na biossíntese de albicidinas são alvos moleculares extremamente atrativos para o planejamento de novos agroquímicos. Entre as enzimas dessa via, destaca-se a fosfopanteteinil transferase (XaPPT, E.C. 2.7.8.7), uma enzima essencial para o desenvolvimento da X. albilineans. Essa dissertação está dividida em duas partes: i. estudos computacionais e ii. estudos experimentais. Na parte computacional foi desenvolvida uma nova ferramenta, denominada ViTaMIn para auxiliar o desenvolvimento de modelos tridimensionais (3D) de proteínas. A enzima XaPPT foi utilizada como estudo de caso para validar o programa. Os resultados obtidos indicaram que ViTaMIn foi capaz de auxiliar a construção de um modelo 3D robusto da XaPPT. Além disso, foi verificado que ViTaMIn é uma alternativa útil para usuários iniciante e experientes na modelagem molecular. O modelo de XaPPT construído foi utilizado na triagem virtual para a identificação de novos candidatos a inibidores. A estratégia incluiu a aplicação de filtros moleculares e estudos de docagem molecular que resultaram na seleção de 10 candidatos a inibidores da enzima-alvo. Na parte experimental, o cultivo de culturas de X. albilineans foi padronizado e estudos de biologia molecular com a XaPPT conduzidos a partir da extração de DNA genômico da bactéria. Estratégias clássicas e modernas foram empregadas para a clonagem da XaPPT. Os resultados obtidos indicaram a obtenção de proteína expressa na forma solúvel. Os trabalhos integrando estudos computacionais e experimentais apresentados nessa dissertação de mestrado significam importantes contribuições no desenvolvimento de bases científicas sólidas para o desenvolvimento de novos candidatos a agroquímicos para a cultura de cana de açúcar. / Sugarcane is a major source of renewable energy, representing the most important source for clean and sustainable energy. The environmental benefits collected from the production and use of sugarcane derivatives boost the development of new methods and products to improve, in a sustainable way, bioenergy generation. However, the occurrence and severity of plant diseases, such as leaf scald, hinder the productivity of sugarcane crops. Sugarcane leaf scald is a widespread and devastating disease caused by the bacteria Xanthomonas albilineans. The disease has a dramatic impact on crop productivity, including reduced yields and drop in quality of the juice. Currently, there is no chemical or biological treatment for disease control. Therefore, there is an urgent need for new effective and selective pesticides with low cost and environmental impact. The X. albilineans produces a family of antibiotics and phytotoxins known as albicidin. The enzymes involved in the biosynthesis of albicidin are attractive targets for the design of new agrochemicals. Among them, the phosphopantetheinyl transferase (XaPPT, EC 2.7.8.7) enzyme plays an essential role to the development of X. albilineans. This dissertation is divided into two parts: i. computational studies and ii. experimental studies. In the computational part, we developed a new tool, named ViTaMIn to assist the development of three-dimensional models (3D) of proteins. The XaPPT enzyme was employed as a case study to validate the program. The results indicated that ViTaMIn was capable of assisting the construction of a robust 3D model of XaPPT. Moreover, Vitamin is a useful alternative for beginners and advanced modelers. The XaPPT model was used in virtual screening approach to identify new candidate inhibitors. The strategy included the application of molecular filters and molecular docking studies which afforded 10 inhibitor candidates for the target enzyme. In the experimental part, X. albilineans was cultured and standardized. On the basis of that, molecular biology studies were conducted on XaPPT. Classical and modern strategies were employed to cloning XaPPT. The results indicated that protein is expressed soluble. The integration of computational and experimental studies presented in this dissertation are important contributions in the development of strong scientific basis for the design of new agrochemicals for sugarcane cultures.

As concepções de moduladores da dinâmica dos microtúbulos, que levam ao bloqueio do ciclo celular, e de bloqueadores de canais de cálcio tipo L (Cav), tais como o 1,4-di-hidropiridinas e análogos, que diminuem a resistência do organismo humano aos tratamentos quimioterápicos através da inibição da proteína de transmembrana P-gp, são estratégias importantes tanto para terapias antitumorais quanto para leishmanicida. Esta abordagem tem mostrado resultados interessantes na diminuição da resistência à quimioterapia em câncer chamada de MDR (do inglês Multi Drug Resistence), além de também serem uma estratégia importante para controlar a fase inicial da leishmaniose. Diante desse contexto, e baseado no estudo de Ueki 2013 e colaboradores que, a partir de estudos anteriores, os quais relatam a superexpressão das enzimas estona deacetilase (HDAC) e catepsina L (CTSL) em células tumorais, propuseram um pró-fármaco seletivo, planejado a partir de um espaçador de lisina acetilada, que garante a liberação do fármaco seletivamente nas células tumorais, trabalhamos no desenvolvimento de uma nova proposta de pró-fármaco trifuncional. Nossa proposta foi desenvolvida a partir de estudos de triagem virtual, baseados em ligantes e em estrutura, predição das propriedades farmacocinéticas e toxicológicas (ADME/Tox) e também técnicas de bioinformática para a construção de um modelo de canal de cálcio, devido à inexistência de estruturas, do mesmo, que estivessem depositadas no banco de dados de proteínas PDB (Protein Data Bank). Paralelamente, nosso grupo de síntese colaborador sintetizou, através de técnicas de \"Click Chemistry\" e reações de Mitsunobu multicomponentes, uma biblioteca de novos híbridos trifuncionais, os quais, após estudos de atividade biológica, foram avaliados (in silico) frente à estrutura da tubulina, e os compostos mais promissores desta biblioteca serviram de base para novos estudos de triagem virtual. Para a obtenção dos nossos hits, executamos 4 estratégias de triagem virtual, separadas em 2 tarefas. Ao final, selecionarmos um total 59 hits, dos quais, 9 hits apresentam promissoras atividades bloqueadoras do canal de cálcio e 65 hits apresentam promissoras atividades moduladoras da tubulina. Estes hits seguem em estágio de compra e ensaios in vitro e após comprovada a eficácia dos mesmos, estes futuramente farão parte de uma nova proposta de pró-farmaco trifuncional. / The concepts of modulating microtubule dynamics, and calcium channel L-types (CAV) blockers are important strategies for anticancer and antileishmanial therapies. Microtubule modulators that blocks the cell cycle and the calcium channel blockers, such as, 1,4-dihydropyridines and analogues, reduce the resistance of the human body to chemotherapeutic treatments by inhibiting transmembrane P-gp protein. This approach has shown interesting results in reduced resistance to chemotherapy in cancer called MDR (Multi Drug Resistance), and an important strategy for controlling the early stage of leishmaniasis. In this context, we work to develop a new proposal for trifunctional prodrug. We have based on the study of Ueki 2013 and collaborators, which, from earlier studies with reported overexpression of both deacetylase estona enzymes (HDACs) and cathepsin L (CTSL) in tumor cells, proposed a selective prodrug. We considering an acetylated lysine link/spacer, which ensures the release of the drug selectively in tumor cells, have now designed this selective prodrug. Our proposal was developed from virtual screening studies, based on ligands and structure, prediction of pharmacokinetic and toxicological properties (ADME / Tox) and also bioinformatics techniques for the construction of a calcium channel model, due to the inexistence of Structures of the same that were deposited in the database of proteins PDB (Protein Data Bank). At the same time, our collaborating synthesis group synthesized, through Click Chemistry techniques and Mitsunobu multicomponent reactions, a library of new trifunctional hybrids, which, after studies of biological activity, were evaluated (in silico) against the structure of tubulin , And the most promising compounds from this library served as the basis for further virtual screening studies. To obtain our hits, we performed 4 virtual screening strategies, separated into 2 tasks. In the end, we selected 59 hits, of which 9 hits show promising calcium channel blocking activities and 65 hits show promising tubulin modulating activities. These hits follow in vitro purchase and testing, and after proven effectiveness, they will be part of a new tri prodrug proposal.

A doença de Chagas, uma infecção parasitária amplamente distribuída na América Latina, é um problema grave de saúde pública com consequências devastadoras em termos de morbidade e mortalidade humana. O arsenal terapêutico contra a doença é bastante limitado e insuficiente em todos os aspectos clínicos. Visando o desenvolvimento de novos agentes antichagásicos, várias proteínas do parasita têm sido exploradas como alvos terapêuticos. Neste contexto, a enzima cruzaína, uma cisteíno protease envolvida nos estágios de desenvolvimento e diferenciação do Trypanosoma cruzi, foi selecionada para os nossos estudos, visando a identificação de inibidores através do uso do método de planejamento de fármacos baseado na estrutura do receptor (SBDD, do inglês, structure-based drug design). Esta metodologia engloba uma diversidade de estratégias, empregando estruturas cristalográficas de proteínas alvo, disponíveis usualmente no Protein Data Bank (PDB). Entre as técnicas modernas utilizadas no SBDD, destaca-se a triagem virtual baseada na estrutura do receptor (SBVS, do inglês, structure-based virtual screening), que possibilita a seleção de novos candidatos a ligantes de proteínas alvo, a partir de grandes bases de dados de compostos. No presente trabalho de dissertação, a seleção de 19 estruturas da enzima cruzaína, em complexo com ligantes, permitiu a aplicação de métodos de SBDD. Um conjunto com cerca de 3,4 milhões de compostos, com característica líder-similar (do inglês, lead-like), e outro conjunto com aproximadamente 450.000 compostos, com característica fragmento-similar (do inglês, fragment-like), foram coletados da base de dados ZINC. O programa DOCK 3.5.54 foi empregado na triagem virtual das bases de dados utilizando-se a estrutura cristalográfica PDB ID: 3KKU. Um subconjunto com 35.000 moléculas foi selecionado para estudos posteriores com os programas GOLD e Surflex. As 500 melhores moléculas selecionadas por cada um dos programas foram analisadas visualmente considerando-se diversas características estruturais dos subsítios da enzima cruzaína e dos ligantes (e.g., complementaridade molecular, flexibilidade, lipofilia do subsítio S2, presença de doadores e aceptores de hidrogênio entre os subsítios S2 e S1). Desta forma, um conjunto final de 18 compostos foi priorizado para os ensaios bioquímicos frente a enzima cruzaína. Destes 18 compostos, 6 apresentaram atividade inibitória frente a cruzaína, com destaque para os 2 mais promissores, com valores de IC50 (concentração de inibidor necessária para reduzir em 50% a atividade enzimática) de 20 µM e 580 nM. O inibidor mais potente da série foi selecionado da base fragmento-similar e apresentou um valor de eficiência do ligante (EL) de 0,53 kcal/mol/átomo, considerado significativo para otimização em química medicinal. A integração de técnicas computacionais e experimentais permitiu a descoberta de ligantes com inovação estrutural, abrindo novas perspectivas para o planejamento de inibidores mais potentes e seletivos da enzima cruzaína de T. cruzi. / Chagas disease, a parasitic infection widely distributed in Latin America, is a serious public health problem with devastating consequences in terms of human morbidity and mortality. The therapeutic arsenal against the disease is very limited and insufficient in all clinical aspects. This has led to a new paradigm for the discovery of new agents that act on specific enzymes or metabolic pathways. The enzyme cruzain, a cysteine protease essential for the survival of the parasite Trypanosoma cruzi, has been selected in this work as an attractive target for the development of new inhibitors through the use of structure-based drug design (SBDD). This approach brings together a diversity of strategies, which employs crystal structures of target proteins, usually available in the Protein Data Bank (PDB). Structure-based virtual screening (SBVS), one of the most important techniques used in SBDD, allows the selection of new ligands of target proteins from large libraries of compounds. In this work, 19 crystal structures of the cruzain enzyme, in complex with ligands, allowed the application of SBDD methods. A data set of about 3.4 million compounds, with lead-like characteristics, and a second data set, with approximately 450,000 compounds, with fragment-like characteristics, were collected from the ZINC data base. The docking program DOCK 3.5.54 was employed in the virtual screening of the data sets using the crystal structure PDB ID: 3KKU. A subset of 35,000 compounds was selected for further studies with the programs GOLD and Surflex. The 500 top ranked molecules for each of the programs were visually inspected considering a number of structural characteristics of the subsites of the cruzain enzyme, as well as of the ligands (e.g., molecular complementarity, flexibility, the hydrophobic S2 subsite, and the presence of hydrogen donors and acceptors between the subsites S2 and S1). Thus, a final subset of 18 compounds was prioritized for the biochemical assays against the cruzain enzyme. Six out of 18 compounds exhibited enzyme inhibition, with the most two promising inhibitors having IC50 values (IC50 refers to the concentration of compound required for 50% inhibition of cruzain) of 20 µM e 580 nM. The most potent inhibitor of the series was selected from the fragment-like data set and showed a ligand efficiency of 0,53 kcal/mol/atom, which is considered significant in drug design. The integration of computational and experimental approaches allowed the discovery of compounds with innovative structures, providing new perspectives for the design of inhibitors of T.cruzi cruzain having increased potency and selectivity.

Doenças causadas por agentes infecciosos e parasitários são chamadas negligenciadas por não despertarem interesse das indústrias farmacêuticas para o desenvolvimento de novas alternativas terapêuticas. Essas doenças são responsáveis por levar milhões de pessoas à morte todos os anos e afetam principalmente os países pobres e em desenvolvimento. Dentre estas, a doença de Chagas e as leishmanioses, parasitoses causadas por parasitas flagelados pertencentes à família Trypanosomatidae, T. cruzi e Leishmaina sp., respectivamente, se apresentam como um sério problema de saúde pública mundial. Endêmicas em vários países e causando milhões de mortes anualmente, ainda hoje não existem fármacos eficientes e seguros para o tratamento dessas doenças. Este panorama torna eminente a necessidade de pesquisa e desenvolvimento de novos fármacos para essas parasitoses. A busca por agentes quimioterápicos envolve a seleção de vias metabólicas essenciais à sobrevivência dos parasitas. Dentre estas, destacamse cisteíno-proteases presentes nesses tripanossomatídeos, deste modo a cruzaína no T. cruzi, e a CPB2.8 na Leishmania mexicana, se mostram como alvos bioquímicos promissores. A disponibilidade de estruturas cristalográficas da cruzaína e do sequenciamento genômico da CPB2.8, nos permite utilizar estratégias de planejamento de fármacos baseado no receptor (SBDD) na identificação de candidatos a fármacos para essas doenças. Entre as técnicas modernas de SBDD utilizadas, a triagem virtual possibilita identificar promissores candidatos a novos fármacos. Assim neste trabalho, obteve-se por meio da técnica de modelagem comparativa o modelo da enzima CPB2.8 de L. mexicana, visto a indisponibilidade da estrutura cristalográfica no Protein Data Bank (PDB). De modo a refinar o modelo construído realizou-se a simulação por dinâmica molecular de 100ns, apresentando estabilização a partir de 80ns. A simulação por dinâmica molecular foi validada por meio do gráfico de Ramachandran, gráfico de raio de giro, RMSD, gráfico de superfície hidrofóbica. Foram calculados os mapas de interação molecular no programa GRID das seguintes proteínas: cruzaína, CPB2.8, catepsina B e catepsina L, e, posteriormente, foi construído um modelo farmacofórico baseado no sítio ativo das enzimas cruzaína e CPB2.8. O modelo farmacofórico da cruzaína foi validado por curva ROC apresentando valor de AUC 61%. A triagem virtual foi realizada para ambas as proteínas e foram obtidos 369 compostos para a cuzaína e 225 compostos para a CPB2.8. Foi realizado o ancoramento molecular desses compostos obtidos pela triagem virtual a fim de diminuir a quantidade de compostos a serem avaliados experimentalmente. / Neglected diseases are caused by parasites and infectious agents and affect mainly people in poor areas being prevalent in 149 countries and causing 534,000 deaths per year. Among neglected diseases we can highlight Chagas Disease and Leishmaniasis, both have a high rate of morbidity and mortality and both are addressed in this project in the search of new drugs against a NTD. Nowadays, the search for new drugs involves the selection of biological pathways essential for parasite survival, in this class of parasites we can suggest the cysteine proteases, a proteases family present in Trypanosoma cruzi and and Leishmania ssp. In order to obtain a new agent against Neglected Disease in this work was obtained the model of the enzyme CPB2.8 of L. mexicana using the comparative modeling technique, due to the unavailability of the crystallographic structure in the Protein Data Bank (PDB). In order to refine the constructed model was performed the molecular dynamics simulation of 100ns, stabilization was achieved from 80ns. Molecular dynamics simulation was validated using the Ramachandran graph, radius of rotation graph, RMSD, hydrophobic surface area graph. The molecular interaction fields were calculated in the GRID program to cruzain, CPB2.8, cathepsin B and cathepsin L. Based on molecular interaction fields generated pharmacophoric models were constructed using information about the active site of the enzymes cruzain and CPB2.8. The pharmacophoric model of cruzain was validated by ROC curve presenting AUC value of 61%. Virtual screening was performed for both proteins and 369 compounds were obtained for cuzain and 225 compounds for CPB2.8. Docking studies of these compounds was performed in order to decrease the amount of compounds to be evaluated experimentally.

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

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-09-05T20:11:20Z No. of bitstreams: 2 Alves, Vinicius de Medeiros - 2014.pdf: 3082084 bytes, checksum: da4838d5fe24841429f43de84204d98a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-05T20:11:20Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Alves, Vinicius de Medeiros - 2014.pdf: 3082084 bytes, checksum: da4838d5fe24841429f43de84204d98a (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-03-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Repetitive exposure to a chemical agent can induce an immune reaction in inherently susceptible individuals that leads to skin sensitization. Although many chemicals have been reported as skin sensitizers, there have been very few reports analyzing the relationships between their molecular structure and the sensitization potential including the connection to skin permeability, which is widely considered to be mechanistically implicated in sensitization. In this study, we have compiled, curated, and integrated the largest publicly available datasets related to chemically-induced skin sensitization and skin permeability. Unexpectedly, no correlation between sensitization and permeability has been found. Predictive QSAR models have been developed and validated for both skin sensitization and skin permeability using a standardized workflow fully compliant with the OECD guidelines. The classification accuracies of QSAR models discriminating sensitizers from non-sensitizers were 0.68-0.88 when evaluated on several external validation sets. When compared to the predictions generated by the OECD QSAR Toolbox skin sensitization module, our models had significantly higher prediction accuracy for the same sets of external compounds as evaluated by Positive Predicted Rate and Negative Predicted Rate as well as Correct Classification Rate. We have also developed QSAR models of skin permeability measured quantitatively. Cross-species correlation between human and rodent permeability data was found to be low (r²=0.44); thus, skin permeability models were developed using human data only and their external accuracy was q²ext = 0.87 (for 62% of external compounds found within the model applicability domain). Skin sensitization models have been employed to identify putative chemical hazards in the Scorecard database of possible skin or sense organ toxicants that should be regarded as primary candidates for the experimental validation. / A exposição repetida a agentes químicos pode induzir a sensibilização da pele em indivíduos inerentemente suscetíveis e desencadear uma resposta imunológica exacerbada. Apesar de muitos compostos químicos estarem implicados na sensibilização da pele, existem poucos estudos analisando as relações entre a estrutura molecular e o potencial sensibilizador desses compostos, incluindo a conexão com a permeabilidade pela pele, a qual é referida como sendo primordial para o processo de sensibilização. Neste estudo foram compilados, integrados e preparados os maiores conjuntos de dados disponíveis publicamente relacionados tanto com a sensibilização da pele quanto à permeabilidade. Inesperadamente, não se encontrou correlação entre essas duas propriedades. Modelos de QSAR robustos e preditivos foram gerados e validados para ambas as propriedades usando um fluxo de trabalho totalmente complacente com as recomendações da OECD. As taxas de acerto dos modelos discriminaram estruturas sensibilizadoras de não sensibilizadoras com uma taxa de 0,68-0,88 de sucesso, quando avaliadas em vários conjuntos de validação externa. Quando comparados com o módulo de sensibilização da pele implementado na ferramenta QSAR Toolbox da OECD, os modelos tiveram baixa cobertura do espaço químico, mas precisão preditiva mais elevada para os mesmos conjuntos de compostos externos avaliados pelo valor de preditividade positiva e valor de preditividade negativa assim como pela acurácia balanceada. O coeficiente de correlação cruzada entre os dados de permeabilidade da pele humana e de roedores apresentou-se baixo (r²=0,44); assim, apenas o conjunto de dados de pele humana foi considerado para geração de modelos de permeabilidade, que apresentaram precisão externa de q²ext = 0,87 (para 62% dos compostos dentro do domínio de aplicabilidade). Modelos de sensibilização da pele foram empregados para identificação de toxicantes putativos no banco de dados de possíveis agentes toxicantes da Scorecard que podem ser considerados como candidatos para validação experimental.

A doença de Chagas, uma infecção parasitária amplamente distribuída na América Latina, é um problema grave de saúde pública com consequências devastadoras em termos de morbidade e mortalidade humana. O arsenal terapêutico contra a doença é bastante limitado e insuficiente em todos os aspectos clínicos. Visando o desenvolvimento de novos agentes antichagásicos, várias proteínas do parasita têm sido exploradas como alvos terapêuticos. Neste contexto, a enzima cruzaína, uma cisteíno protease envolvida nos estágios de desenvolvimento e diferenciação do Trypanosoma cruzi, foi selecionada para os nossos estudos, visando a identificação de inibidores através do uso do método de planejamento de fármacos baseado na estrutura do receptor (SBDD, do inglês, structure-based drug design). Esta metodologia engloba uma diversidade de estratégias, empregando estruturas cristalográficas de proteínas alvo, disponíveis usualmente no Protein Data Bank (PDB). Entre as técnicas modernas utilizadas no SBDD, destaca-se a triagem virtual baseada na estrutura do receptor (SBVS, do inglês, structure-based virtual screening), que possibilita a seleção de novos candidatos a ligantes de proteínas alvo, a partir de grandes bases de dados de compostos. No presente trabalho de dissertação, a seleção de 19 estruturas da enzima cruzaína, em complexo com ligantes, permitiu a aplicação de métodos de SBDD. Um conjunto com cerca de 3,4 milhões de compostos, com característica líder-similar (do inglês, lead-like), e outro conjunto com aproximadamente 450.000 compostos, com característica fragmento-similar (do inglês, fragment-like), foram coletados da base de dados ZINC. O programa DOCK 3.5.54 foi empregado na triagem virtual das bases de dados utilizando-se a estrutura cristalográfica PDB ID: 3KKU. Um subconjunto com 35.000 moléculas foi selecionado para estudos posteriores com os programas GOLD e Surflex. As 500 melhores moléculas selecionadas por cada um dos programas foram analisadas visualmente considerando-se diversas características estruturais dos subsítios da enzima cruzaína e dos ligantes (e.g., complementaridade molecular, flexibilidade, lipofilia do subsítio S2, presença de doadores e aceptores de hidrogênio entre os subsítios S2 e S1). Desta forma, um conjunto final de 18 compostos foi priorizado para os ensaios bioquímicos frente a enzima cruzaína. Destes 18 compostos, 6 apresentaram atividade inibitória frente a cruzaína, com destaque para os 2 mais promissores, com valores de IC50 (concentração de inibidor necessária para reduzir em 50% a atividade enzimática) de 20 µM e 580 nM. O inibidor mais potente da série foi selecionado da base fragmento-similar e apresentou um valor de eficiência do ligante (EL) de 0,53 kcal/mol/átomo, considerado significativo para otimização em química medicinal. A integração de técnicas computacionais e experimentais permitiu a descoberta de ligantes com inovação estrutural, abrindo novas perspectivas para o planejamento de inibidores mais potentes e seletivos da enzima cruzaína de T. cruzi. / Chagas disease, a parasitic infection widely distributed in Latin America, is a serious public health problem with devastating consequences in terms of human morbidity and mortality. The therapeutic arsenal against the disease is very limited and insufficient in all clinical aspects. This has led to a new paradigm for the discovery of new agents that act on specific enzymes or metabolic pathways. The enzyme cruzain, a cysteine protease essential for the survival of the parasite Trypanosoma cruzi, has been selected in this work as an attractive target for the development of new inhibitors through the use of structure-based drug design (SBDD). This approach brings together a diversity of strategies, which employs crystal structures of target proteins, usually available in the Protein Data Bank (PDB). Structure-based virtual screening (SBVS), one of the most important techniques used in SBDD, allows the selection of new ligands of target proteins from large libraries of compounds. In this work, 19 crystal structures of the cruzain enzyme, in complex with ligands, allowed the application of SBDD methods. A data set of about 3.4 million compounds, with lead-like characteristics, and a second data set, with approximately 450,000 compounds, with fragment-like characteristics, were collected from the ZINC data base. The docking program DOCK 3.5.54 was employed in the virtual screening of the data sets using the crystal structure PDB ID: 3KKU. A subset of 35,000 compounds was selected for further studies with the programs GOLD and Surflex. The 500 top ranked molecules for each of the programs were visually inspected considering a number of structural characteristics of the subsites of the cruzain enzyme, as well as of the ligands (e.g., molecular complementarity, flexibility, the hydrophobic S2 subsite, and the presence of hydrogen donors and acceptors between the subsites S2 and S1). Thus, a final subset of 18 compounds was prioritized for the biochemical assays against the cruzain enzyme. Six out of 18 compounds exhibited enzyme inhibition, with the most two promising inhibitors having IC50 values (IC50 refers to the concentration of compound required for 50% inhibition of cruzain) of 20 µM e 580 nM. The most potent inhibitor of the series was selected from the fragment-like data set and showed a ligand efficiency of 0,53 kcal/mol/atom, which is considered significant in drug design. The integration of computational and experimental approaches allowed the discovery of compounds with innovative structures, providing new perspectives for the design of inhibitors of T.cruzi cruzain having increased potency and selectivity.

Submitted by JÚLIO HEBER SILVA (julioheber@yahoo.com.br) on 2016-11-10T10:37:56Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Uessiley Ribeiro Barbosa - 2016.pdf: 3901383 bytes, checksum: f52c92a81d289db26f933d75a30e8788 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2016-11-10T17:48:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Uessiley Ribeiro Barbosa - 2016.pdf: 3901383 bytes, checksum: f52c92a81d289db26f933d75a30e8788 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-11-10T17:48:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Uessiley Ribeiro Barbosa - 2016.pdf: 3901383 bytes, checksum: f52c92a81d289db26f933d75a30e8788 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2016-10-04 / The Paracoccidioides brasiliensis (Pb) is a thermo-dimorphic fungus described as the etiological agent of paracoccidioidomycosis (PCM), an important systemic mycosis in Latin America. The isocitrate lyase (ICL) is an enzyme involved in glyoxylate cycle, an alternative pathway to Krebs cycle, which has been described in fungi, bacteria and plants. The absence of this enzyme in mammals makes it an interesting target for design of specific antifungal compounds for PCM. In this work, we use in silico methods like homology modeling, molecular dynamics and virtual screening, aiming the development of inhibitors compounds for PbICL enzyme in the absence and presence of cofactor and positive control. From a molecular docking protocol, it was possible to select promising compounds by criteria of affinity and efficiency based on screening of natural products. Two regions were selected for molecular docking, one involving a region already known by the binding of argentilactona inhibitor and another region involving the cofactor Mg 2+, a possible catalytic site of ICL. All compounds selected by affinity criteria had more than 80% of success rate in achieving lower energy and allowed to describe common residues within the protein interaction for the target sites. The structural quality parameters are significantly improved after 100 ns of simulation. The structure of PbICL and PbICL with magnesium show all quality parameters as acceptable to define them as highresolution structures. All selected compounds show aromatic chains with the possibility of being a pharmacophore, which is essential for biological activity. Another interesting aspect is that, through the selected compounds, it was possible to describe structural patterns related to the ligand specificity, that might be promising for a basic chemical sketch for rational drug design. / O Paracoccidioides brasiliensis (Pb) é um fungo termo-dimórfico descrito como agente etiológico da paracoccidioidomicose (PCM), uma micose sistêmica importante na América Latina. A Isocitrato liase (ICL) é uma enzima envolvida no ciclo do glioxilato, uma via do ciclo Krebs já descritos em fungos, bactérias e plantas. Sua ausência em mamíferos faz dessa enzima, um alvo interessante para o desenho de compostos antifúngicos específicos para a PCM. Neste trabalho, utilizamos métodos in silico como modelagem por homologia, dinâmica molecular e triagem virtual na busca de compostos inibidores para enzima isocitrato liase de P brasilienses (PbICL) na ausência e presença do cofator e com a seleção de controle positivo. A partir de um protocolo de ancoragem molecular, foi possível selecionar compostos promissores por critérios de afinidade e eficiência a partir de triagens virtuais com produtos naturais. Duas regiões foram selecionadas para a ancoragem molecular, uma envolvendo uma região já conhecida pela ligação do inibidor argentilactona e outra envolvendo a região de ligação do cofator Mg2+ , posicionada no possível sítio catalítico da enzima. Todos os compostos selecionados pelo critério de afinidade tiveram mais do que 80% de sucesso em alcançar a mais baixa energia e permitiram descrever resíduos frequentes na interação proteína-inibidor para sítios alvo da enzima. Os parâmetros de qualidade da estrutura são sensivelmente melhorados após 100 ns de simulação. As estruturas de PbICL e PbICL com Mg2+ apresentam todos os parâmetros dentro do aceitável para defini-la como estrutura de alta resolução. Todos os compostos selecionados apresentaram cadeias aromáticas com possibilidade de ser um grupo farmacofórico, o qual é essencial para a atividade biológica. Outro aspecto interessante é que através dos compostos selecionados foi possível descrever padrões estruturais relacionados à especificidade do composto, os quais podem vir a ser promissores para um esqueleto básico no desenho racional de fármacos.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2017-01-02T16:51:48Z No. of bitstreams: 2 Tese - Bruno Junior Neves - 2016.pdf: 19331549 bytes, checksum: a7cd8b65a0a68a6cc99718604d4a6aa4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-01-03T09:47:27Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Bruno Junior Neves - 2016.pdf: 19331549 bytes, checksum: a7cd8b65a0a68a6cc99718604d4a6aa4 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-03T09:47:27Z (GMT). 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At the stage of drug design, binary QSAR models were constructed and validated to predict inhibitory activity of SmTGR, a validated target in schistosomes. From the individual models, consensus and consensus rigor models and were generated (CCRs = 0.87 and 0.91, respectively) and used for the virtual screening of 150,000 compounds. At the end of this process, 29 compounds were prioritized and purchased for biological evaluation. As a result, two new hits representing new molecular scaffolds showed EC 50 ≤ 3.5 µM to schistosomula and ≤ 6.0 µM for adult female worms, low cytotoxicity against WSS-1 mammalian cells (IC50 > 16 µM) and low reactivity with cysteine proteases (IC50 > 100 µM). In the second part of this work, that is drug repositioning, 2,114 proteins of S. mansoni were used in a search for orthologs in therapeutic drug target databases (DrugBank, TTD and STITCH). As a result, 215 drugs were predicted to interact with 49 schistosome proteins, of which 47 had already anti-schistosomal activity reported in the literature. Then, principal component analysis (PCA) and k-means showed that 115 drugs were in the chemical space of known anti-schistosomal agents, increasing the overall confidence of predictions. Among them, paroxetine (PAR), an antidepressant drug predicted to inhibit serotonin transporter proteins of S. mansoni (SmSERTs) presented antischistosomal activity against schistosomula (EC50 = 2.5 µM) and adult worms (EC50 = 5.1 µM and 9.9 µM for males and females respectively) of S. mansoni. Lastly, molecular docking studies with SmSERT-A and its ortholog in humans (hSERT) explored the molecular basis for antischistosomal activity of PAR and provided information for the design of more potent and selective analogs. / A esquistossomose é uma doença endêmica grave causada por trematódeos do gênero Schistosoma. Atualmente o controle desta doença é baseado exclusivamente no uso do fármaco praziquantel. Todavia, seu uso extensivo tem levantado a preocupação quanto ao surgimento de vermes resistentes e a necessidade de descobrir novos fármacos esquistossomicidas. Face ao exposto, o objetivo deste trabalho foi planejar novos inibidores da enzima tiorredoxina glutationa redutase de S. mansoni (SmTGR) com atividade esquistossomicida utilizando ferramentas de quimioinformática e reposicionar novos fármacos para esquistossomose utilizando ferramentas de bioinformática. No estudo de planejamento de fármacos, modelos de QSAR binários foram construídos e validados para predição da atividade inibitória da SmTGR, um alvo validado em esquistossomos. A partir dos modelos individuais, modelos de consenso e consenso rigoroso foram construídos (CCRs = 0,87 e 0,91, respectivamente) e utilizados na triagem virtual de 150 mil compostos. Ao final deste processo, 29 compostos foram priorizados e adquiridos para avaliação biológica. Como resultado, dois novos hits representando novos scaffolds moleculares apresentaram EC50 ≤ 3,5 µM para esquistossômulos e ≤ 6,0 µM para fêmeas de vermes adultos, baixa citotoxicidade em células WSS-1 de mamíferos (IC50 > 16 µM) e baixa reatividade com cisteíno proteases (IC50 > 100 µM). No estudo de reposicionamento de fármacos, 2.114 proteínas de S. mansoni foram utilizadas em uma busca por ortólogos em bases de dados de alvos terapêuticos de fármacos (DrugBank, TTD e STITCH). Como resultado, 215 fármacos foram preditos para interagir com 49 proteínas do esquistossomo, dos quais 47 já tinham atividade esquistossomicida reportada na literatura. Em seguida, a análise de componentes principais (PCA) e k-means demonstrou que 115 fármacos estavam dentro do espaço químico de agentes esquistossomicidas conhecidos, atribuindo maior confiabilidade as predições. Dentre eles, a paroxetina (PAR), um fármaco antidepressivo predito para inibir proteínas transportadoras de serotonina do S. mansoni (SmSERTs), apresentou atividade esquistossomicida em esquistossômulos (EC50 = 2,5 µM) e vermes adultos (EC50 = 5,1 μM e 9,9 μM para machos e fêmeas) de S. mansoni. No final, estudos de docagem molecular com a SmSERT-A e seu ortólogo em humanos (hSERT) exploraram as bases moleculares para a atividade esquistossomicida da PAR e forneceram informações para o planejamento de novos análogos mais potentes e seletivos.