As enzimas desempenham papéis essenciais no metabolismo celular. A ausência ou inativação delas podem trazer sérios prejuízos para o desempenho fisiológico de um organismo. Algumas enzimas são comuns a todos os organismos, outras, por sua vez, podem estar ausentes em determinados grupos biológicos, o que pode representar um excelente ponto de partida para estudos bioquímicos que objetivam o desenvolvimento de fármacos mais efetivos. Nesse sentido, é destacado neste trabalho um grupo de enzimas conhecidas como Old Yellow Enzyme (OYE), que são comumente encontradas em bactérias, leveduras, plantas, protozoários, mas estão ausentes em mamíferos. Conhecer a relação estrutura-função dessas proteínas pode trazer alternativas para tratamentos de doenças nas quais o agente etiológico depende da funcionalidade de uma OYE. Dessa forma, doenças negligenciadas, como as leishmanioses e doença de Chagas tornam-se um alvo interessante para o estudo dessas proteínas. Já foi demonstrado o papel que a OYE de Trypanosoma cruzi (TcOYE) desempenha no metabolismo das prostaglandinas, contudo, os dados sobre o comportamento dessas enzimas frente a vários compostos descritos como substratos e a descrição do papel fisiológico dessas proteínas não é completamente compreendido. Além disso, não há informações estruturais e funcionais sobre a OYE de Leishmania braziliensis (LbOYE) na literatura. Assim, um dos principais objetivos desse trabalho de doutorado foi determinar parâmetros estruturais e funcionais das proteínas LbOYE e TcOYE e analisá-los de forma comparativa. Os resultados apresentados sugerem que a LbOYE foi obtida em sua forma enovelada e que a mesma apresenta uma forma sutilmente mais alongada que sua ortóloga TcOYE. Adicionalmente, os resultados também mostram que a proteína LbOYE apresenta menor estabilidade estrutural e maior flexibilidade comparada à TcOYE. Os ensaios de prospecção de ligantes apresentados nesse trabalho mostraram que as enzimas foram obtidas em sua forma funcional e que o composto menadiona foi o que apresentou menor afinidade de interação dentre os compostos avaliados. Além disso, testes de atividade enzimática em baixa pressão de oxigênio com a proteína TcOYE se mostraram efetivos para determinação de moduladores da atividade funcional da proteína. Este trabalho é pioneiro na caracterização estrutural e funcional da LbOYE. / Enzymes play key roles in cellular metabolism. The absence or inactivation of them can cause serious damage to the physiological performance of an organism. Some enzymes are common to all organisms; others, in turn, may be absent in certain biological groups, which may represent an excellent starting point for biochemical studies aiming at the development of more effective drugs. In this sense, it is highlighted in this work a group of enzymes known as Old Yellow Enzyme (OYE), which are commonly found in bacteria, yeasts, plants, protozoa, but are absent in mammals. Knowing the structure-function relationship of these proteins may provide alternatives for treatments of diseases in which the etiological agent depends on the functionality of an OYE. Thus, neglected diseases such as leishmaniasis and Chagas\' disease become an interesting target for the study of these proteins. However, the role that Trypanosoma cruzi OYE (TcOYE) plays in the metabolism of prostaglandins has been demonstrated, however, data on the behavior of these enzymes against various compounds described as substrates and description of the physiological role of these proteins is not fully understood. In addition, there is no structural and functional information on the OEE of Leishmania braziliensis (LbOYE) in the literature. Thus, one of the main objectives of this doctoral project was to determine structural and functional parameters of LbOYE and TcOYE proteins and to analyze them in a comparative way. The presented results suggest that the LbOYE was obtained in its endovelada form and that it presents a subtly more elongated form than its ortholog TcOYE. In addition, the results also show that the LbOYE protein presents lower structural stability and greater flexibility compared to TcOYE. The ligand prospecting trials presented in this study showed that the enzymes were obtained in their functional form and that the menadione compound had the lowest interaction affinity among the evaluated compounds. In addition, low oxygen pressure enzymatic activity tests with the TcOYE protein proved to be effective for the determination of modulators of the functional activity of the protein. This work is a pioneer in the structural and functional characterization of LbOYE.

Orientador: Simone Baldini Lucheis / Resumo: A família Trypanosomatidae é composta por protozoários flagelados da ordem Kinetoplastidae. Os protozoários do gênero Trypanosoma, causadores das tripanossomíases e gênero Leishmania, causadores das leishmanioses, são os parasitos de maior interesse médico e veterinário As tripanossomíases são causadas por diferentes espécies, dentre elas: Trypanosoma cruzi, Trypanosoma. theileri, Trypanosoma equiperdum, Trypanosoma evansi e Trypanosoma vivax, sendo os três últimos de maior importância para os animais de produção, causando prejuízos econômicos para o setor agropecuário. Com o objetivo de avaliar a ocorrência de tripanosomatídeos no municipío de Bauru-SP, região endêmica para leishmaniose, foram avaliados 200 animais, sendo 100 bovinos (Bos taurus) e 100 equídeos (Eqqus spp.), procedentes de áreas urbanas e periurbanas do município. Para entender a distribuição de fatores de riscos na análise espacial, avaliou-se fatores epidemiológicos das leishmanioses, relacionados a seu diagnóstico nos animais de produção avaliados e também em cães e em humanos em diferentes bairros do município de Bauru, visando sua compreensão e integrá-las a estratégias de controle da doença. O diagnóstico dos animais foi baseado em técnicas parasitológicas: esfregaço sanguíneo e hemocultura; sorológicas: Reação de Imunofluorescência Indireta (RIFI) e Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) e moleculares: Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) e seqüenciamento. Não foram encontradas formas sugestivas de... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor

Submitted by MIRIAN DOS SANTOS PAIXÃO null (mirianspaixao@bol.com.br) on 2017-08-03T22:22:11Z No. of bitstreams: 1 Tese Final- Mirian dos Santos Paixão.pdf: 3906453 bytes, checksum: ebf95becc548ea4de5ab6f56f8c74757 (MD5) / Approved for entry into archive by LUIZA DE MENEZES ROMANETTO (luizamenezes@reitoria.unesp.br) on 2017-08-04T17:33:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 paixao_ms_dr_bot.pdf: 3906453 bytes, checksum: ebf95becc548ea4de5ab6f56f8c74757 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-04T17:33:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 paixao_ms_dr_bot.pdf: 3906453 bytes, checksum: ebf95becc548ea4de5ab6f56f8c74757 (MD5) Previous issue date: 2017-07-10 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A família Trypanosomatidae é composta por protozoários flagelados da ordem Kinetoplastidae. Os protozoários do gênero Trypanosoma, causadores das tripanossomíases e gênero Leishmania, causadores das leishmanioses, são os parasitos de maior interesse médico e veterinário As tripanossomíases são causadas por diferentes espécies, dentre elas: Trypanosoma cruzi, Trypanosoma. theileri, Trypanosoma equiperdum, Trypanosoma evansi e Trypanosoma vivax, sendo os três últimos de maior importância para os animais de produção, causando prejuízos econômicos para o setor agropecuário. Com o objetivo de avaliar a ocorrência de tripanosomatídeos no municipío de Bauru-SP, região endêmica para leishmaniose, foram avaliados 200 animais, sendo 100 bovinos (Bos taurus) e 100 equídeos (Eqqus spp.), procedentes de áreas urbanas e periurbanas do município. Para entender a distribuição de fatores de riscos na análise espacial, avaliou-se fatores epidemiológicos das leishmanioses, relacionados a seu diagnóstico nos animais de produção avaliados e também em cães e em humanos em diferentes bairros do município de Bauru, visando sua compreensão e integrá-las a estratégias de controle da doença. O diagnóstico dos animais foi baseado em técnicas parasitológicas: esfregaço sanguíneo e hemocultura; sorológicas: Reação de Imunofluorescência Indireta (RIFI) e Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) e moleculares: Reação em Cadeia da Polimerase (PCR) e seqüenciamento. Não foram encontradas formas sugestivas de protozoários em esfregaço sanguíneo, mas a análise de hemocultura de sete animais permitiu a visualização desses protozoários. Às técnicas sorológicas para Leishmania spp., 25% dos bovinos e 16% dos eqüídeos foram reagentes à RIFI e 24% dos equídeos e 6% dos bovinos reagentes ao ELISA. A PCR foi realizada a partir de amostras de sangue, hemocultura, suabes conjuntivais e ectoparasitos, com primers que amplificam a região ITS e HSP70. A partir de amostras de sangue, 23% dos bovinos e 6% dos eqüídeos foram positivos e sete amostras de hemocultura de bovinos foram positivas, com pelo menos um dos primers. As amostras de ectoparasitos e suabes não apresentaram positividade à PCR. Em amostras de bovinos positivas à PCR foram identificadas espécies do gênero Leishmania infantum, Leishmania donovani e Trypanosoma theileri e em amostras de eqüídeos, foram identificadas espécie do gênero Leishmania: Leishmania donovani. Os resultados obtidos às provas parasitológicas, sorológicas e/ou moleculares sugerem a presença de tripanosomatídeos em animais de produção do município no Bauru-SP. No presente estudo, pela análise espacial, sugere-se o papel de proteção dos animais de produção para a ocorrência de leishmaniose em humanos. / The family Trypanosomatidae is composed of flagellate protozoa of the order Kinetoplastida, divided into 10 genera. The Trypanosoma protozoa, which cause trypanosomiasis and Leishmania genus, which cause leishmaniosis, are the parasites of major medical and veterinary interest. Trypanosomiasis is caused by different species, among them: Trypanosoma cruzi, T. theileri, T. equiperdum, T . evansi and T. vivax, which affect production animals, causing economic damages to the agricultural sector. In order to evaluate the occurrence of trypanosomatids in the municipality of Bauru-SP, a region endemic for leishmaniosis, the present study evaluated 200 animals, 100 cattle (Bos taurus) and 100 equidae (Eqqus spp.) from urban and peri-urban areas of the municipality. In the spatial analysis, in order to understand the distribution of risk factors, we evaluated the epidemiological factors of leishmaniasis, related to its diagnosis in the studied animals, in dogs and in humans as well, from different districts of Bauru city, aiming a better comprehension and the strategies for the control of this disease. The diagnosis was based on parasitological techniques: blood smear and blood culture; serological tests: Immunofluorescence Antibody Test (IFAT) and Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA); and molecular: Polymerase Chain Reaction (PCR) and sequencing. No suggestive forms of protozoa were found in blood smears, but the blood culture analysis of seven animals allowed visualization of these protozoa. To the serological techniques for Leishmania spp., 25% of the cattle and 16% of the equines were reactive to IFAT and 24% of the equines and 6% of the cattle reactive to ELISA. PCR was performed from blood samples, blood cultures, conjunctival swabs and ectoparasites, with primers from the ITS and HSP70 region. From blood samples, 23% of cattle and 6% of equines were positive and seven samples of bovine blood culture were positive, with at least one of the primers. Samples of ectoparasites and swabs showed no PCR positivity. Specimens of the genus Leishmania infantum, Leishmania donovani and Trypanosoma theileri were identified in specimens of PCR positive bovines, and species of the genus Leishmania: Leishmania donovani were identified in equine samples. The results obtained for the parasitological, serological and / or molecular tests suggest the presence of trypanosomatids in animals of the municipality of Bauru-SP. In this study, by the spatial analysis, the role of protection of the production animals for the occurrence of leishmaniosis in humans is suggested. / FAPESP: 2014/15808-6

No capítulo 1, a modelagem HQSAR, a docagem e os estudos de ROCS foram construídos utilizando uma série de 57 inibidores de cruzaína. O melhor modelo HQSAR (q2 = 0,70, r2 = 0,95, r2test = 0,62, q2rand. = 0,09 and r2rand. = 0,26) foi utilizado para predizer a potência de 121 compostos extraídos da literatura (conjunto de dados V1), resultando em um valor de r2 satisfatório de 0,65 para essa validação externa. Uma validação externa adicional foi empregada utilizando uma série de 1223 compostos extraído dos bancos de dados ChEMBL e CDD (conjunto de dados V3); nessa validação externa o valor de AUC (área sob a curva) para a curva ROC foi de 0,70. Os mapas de contribuição, obtidos para o melhor modelo HQSAR 3.4, estão de acordo com as predições do modo de interação e com as bioatividades dos compostos estudados. Nos estudos de ROCS, a forma molecular utilizada como filtro, foi útil na rápida identificação de modificações moleculares promissoras para inibidores de cruzaína. O valor de AUC obtido com a curva ROC foi de 0,72, isso indica que o método foi muito eficiente na distinção entre inibidores ativos e inativos da enzima cruzaína. Em seguida, o melhor modelo HQSAR foi utilizado para predizer os valores de pIC50 para novos compostos. Alguns dos compostos identificados, utilizando esse método, demonstraram valores de potência calculada maior do que a série de treinamento em estudo. No capítulo 2, os efeitos sobre a potência na inibição da enzima cruzaína pela substituição de um grupo nitrila como warhead por outros grupos foi avaliada. Com a síntese de 20 compostos do tipo dipeptidil, avaliou-se a relação estrutura-atividade (SAR), baseado na troca do grupo warhead na porção P1\'. O grupo oxima foi mais potente que o grupo correspondente nitrila em 0,7 unidades logarítmicas. Os compostos do tipo dipeptidil aldeídos e azanitrila obtiveram potências mais elevadas do que o correspondente dipeptidil nitrila em duas de magnitude. Os compostos dipeptidil alfa-beta insaturados foram menos potentes do que o correspondente dipeptidil nitrila. No capítulo 3, estratégias de química medicinal foram empregadas nas sínteses de 23 novos análogos, contendo o esqueleto básico de imidazopiridina. Sete e doze compostos sintetizados exibiram EC50 <= 1µM in vitro contra os parasitos Tripanosoma cruzi (T. cruzi) e brucei (T. brucei), respectivamente. Com os resultados promissores de atividade biológica in vitro, citotoxicidade, estabilidade metabólica, ligação proteica e propriedades farmacocinéticas, o composto 41 foi selecionado como candidato para os estudos de eficácia in vivo. Esse composto foi submetido em um modelo agudo da infecção com T. cruzi em ratos (cepa Tulahuen). Depois de estabelecida a infecção, os ratos foram dosados duas vezes ao dia, durante 5 dias; e monitorados por 6 semanas usando um sistema de imagem in vivo IVIS (do inglês, \"In Vivo Imaging System\"). O composto 41 demonstrou inibição parasitária comparável com o grupo de treinamento dosado com benzonidazol. O composto 41 representa um potencial líder para o desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento de tripanossomíases. / In chapter 1, the HQSAR, molecular docking and ROCS were applied to a dataset of 57 cruzain inhibitors. The best HQSAR model (q2 = 0.70, r2 = 0.95, r2test = 0.62, q2rand. = 0.09 and r2rand. = 0.26) was then used to predict the potencies of 121 unknown compounds (the V1 database), giving rise to a satisfactory predictive r2 value of 0.65 (external validation). By employing an extra external dataset comprising 1223 compounds (the V3 database) either retrieved from the ChEMBL or CDD databases, an overall ROC AUC (area under the curve) score well over 0.70 was obtained. The contribution maps obtained with the best HQSAR model (model 3.4) are in agreement with the predicted binding mode and with the biological potencies of the studied compounds. We also screened these compounds using the ROCS method, a Gaussian-shape volume filter able to identify quickly the shapes that match a query molecule. The AUC obtained with the ROC curves (ROC AUC) was 0.72, indicating that the method was very efficient in distinguishing between active and inactive cruzain inhibitors. These set of information guided us to propose novel cruzain inhibitors to be synthesized. Then, the best HQSAR model obtained was used to predict the pIC50 values of these new compounds. Some compounds identified using this method has shown calculated potencies higher than those which have originated them. In chapter 2, the effects on potency of cruzain inhibition of replacing a nitrile group with alternative warheads were explored; with the syntheses of 20 dipeptidyl compounds, we explored the structure activity relationships (SAR) based on exchanging of the warhead portion (P1\'). The oxime was 0.7 units more potent than the corresponding nitrile. Dipeptide aldehydes and azadipeptide nitriles were found to be two orders of magnitude more potent than the corresponding dipeptide nitriles. The vinyl esters and amides were less potent than the corresponding nitrile by between one and two orders of magnitude. In chapter 3, we synthesized 23 new imidazopyridine analogues arising from medicinal chemistry optimization at different sites on the molecule. Seven and twelve compounds exhibited an in vitro EC50 <= 1µM against Trypanosoma cruzi (T. cruzi) and Trypanosoma brucei (T. brucei) parasites, respectively. Based on promising results of in vitro activity (EC50 &lt; 100 nM), cytotoxicity, metabolic stability, protein binding and pharmacokinetics (PK) properties, compound 41 was selected as a candidate for in vivo efficacy studies. This compound was screened in an acute mouse model against T.cruzi (Tulahuen strain). After established infection, mice were dosed twice a day for 5 days, and then monitored for 6 weeks using an in vivo imaging system (IVIS). Compound 41 demonstrated parasite inhibition comparable to the benznidazole treatment group. Compound 41 represents a potential lead for the development of drugs to treat trypanosomiasis.

No capítulo 1, a modelagem HQSAR, a docagem e os estudos de ROCS foram construídos utilizando uma série de 57 inibidores de cruzaína. O melhor modelo HQSAR (q2 = 0,70, r2 = 0,95, r2test = 0,62, q2rand. = 0,09 and r2rand. = 0,26) foi utilizado para predizer a potência de 121 compostos extraídos da literatura (conjunto de dados V1), resultando em um valor de r2 satisfatório de 0,65 para essa validação externa. Uma validação externa adicional foi empregada utilizando uma série de 1223 compostos extraído dos bancos de dados ChEMBL e CDD (conjunto de dados V3); nessa validação externa o valor de AUC (área sob a curva) para a curva ROC foi de 0,70. Os mapas de contribuição, obtidos para o melhor modelo HQSAR 3.4, estão de acordo com as predições do modo de interação e com as bioatividades dos compostos estudados. Nos estudos de ROCS, a forma molecular utilizada como filtro, foi útil na rápida identificação de modificações moleculares promissoras para inibidores de cruzaína. O valor de AUC obtido com a curva ROC foi de 0,72, isso indica que o método foi muito eficiente na distinção entre inibidores ativos e inativos da enzima cruzaína. Em seguida, o melhor modelo HQSAR foi utilizado para predizer os valores de pIC50 para novos compostos. Alguns dos compostos identificados, utilizando esse método, demonstraram valores de potência calculada maior do que a série de treinamento em estudo. No capítulo 2, os efeitos sobre a potência na inibição da enzima cruzaína pela substituição de um grupo nitrila como warhead por outros grupos foi avaliada. Com a síntese de 20 compostos do tipo dipeptidil, avaliou-se a relação estrutura-atividade (SAR), baseado na troca do grupo warhead na porção P1\'. O grupo oxima foi mais potente que o grupo correspondente nitrila em 0,7 unidades logarítmicas. Os compostos do tipo dipeptidil aldeídos e azanitrila obtiveram potências mais elevadas do que o correspondente dipeptidil nitrila em duas de magnitude. Os compostos dipeptidil alfa-beta insaturados foram menos potentes do que o correspondente dipeptidil nitrila. No capítulo 3, estratégias de química medicinal foram empregadas nas sínteses de 23 novos análogos, contendo o esqueleto básico de imidazopiridina. Sete e doze compostos sintetizados exibiram EC50 <= 1µM in vitro contra os parasitos Tripanosoma cruzi (T. cruzi) e brucei (T. brucei), respectivamente. Com os resultados promissores de atividade biológica in vitro, citotoxicidade, estabilidade metabólica, ligação proteica e propriedades farmacocinéticas, o composto 41 foi selecionado como candidato para os estudos de eficácia in vivo. Esse composto foi submetido em um modelo agudo da infecção com T. cruzi em ratos (cepa Tulahuen). Depois de estabelecida a infecção, os ratos foram dosados duas vezes ao dia, durante 5 dias; e monitorados por 6 semanas usando um sistema de imagem in vivo IVIS (do inglês, \"In Vivo Imaging System\"). O composto 41 demonstrou inibição parasitária comparável com o grupo de treinamento dosado com benzonidazol. O composto 41 representa um potencial líder para o desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento de tripanossomíases. / In chapter 1, the HQSAR, molecular docking and ROCS were applied to a dataset of 57 cruzain inhibitors. The best HQSAR model (q2 = 0.70, r2 = 0.95, r2test = 0.62, q2rand. = 0.09 and r2rand. = 0.26) was then used to predict the potencies of 121 unknown compounds (the V1 database), giving rise to a satisfactory predictive r2 value of 0.65 (external validation). By employing an extra external dataset comprising 1223 compounds (the V3 database) either retrieved from the ChEMBL or CDD databases, an overall ROC AUC (area under the curve) score well over 0.70 was obtained. The contribution maps obtained with the best HQSAR model (model 3.4) are in agreement with the predicted binding mode and with the biological potencies of the studied compounds. We also screened these compounds using the ROCS method, a Gaussian-shape volume filter able to identify quickly the shapes that match a query molecule. The AUC obtained with the ROC curves (ROC AUC) was 0.72, indicating that the method was very efficient in distinguishing between active and inactive cruzain inhibitors. These set of information guided us to propose novel cruzain inhibitors to be synthesized. Then, the best HQSAR model obtained was used to predict the pIC50 values of these new compounds. Some compounds identified using this method has shown calculated potencies higher than those which have originated them. In chapter 2, the effects on potency of cruzain inhibition of replacing a nitrile group with alternative warheads were explored; with the syntheses of 20 dipeptidyl compounds, we explored the structure activity relationships (SAR) based on exchanging of the warhead portion (P1\'). The oxime was 0.7 units more potent than the corresponding nitrile. Dipeptide aldehydes and azadipeptide nitriles were found to be two orders of magnitude more potent than the corresponding dipeptide nitriles. The vinyl esters and amides were less potent than the corresponding nitrile by between one and two orders of magnitude. In chapter 3, we synthesized 23 new imidazopyridine analogues arising from medicinal chemistry optimization at different sites on the molecule. Seven and twelve compounds exhibited an in vitro EC50 <= 1µM against Trypanosoma cruzi (T. cruzi) and Trypanosoma brucei (T. brucei) parasites, respectively. Based on promising results of in vitro activity (EC50 &lt; 100 nM), cytotoxicity, metabolic stability, protein binding and pharmacokinetics (PK) properties, compound 41 was selected as a candidate for in vivo efficacy studies. This compound was screened in an acute mouse model against T.cruzi (Tulahuen strain). After established infection, mice were dosed twice a day for 5 days, and then monitored for 6 weeks using an in vivo imaging system (IVIS). Compound 41 demonstrated parasite inhibition comparable to the benznidazole treatment group. Compound 41 represents a potential lead for the development of drugs to treat trypanosomiasis.