Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The enzyme acetylcholinesterase (EC 3.1.1.7, AChE) is responsible to terminate acetylcholine activity in the terminal nervous junctions with its effector organs or post-synaptic sites. The activity of this enzyme could be inhibited by organophosphorus (OP) compounds, and this inactivation leads to an accumulation of acetylcholine in the cholinergic receptors, leading to a cholinergic crisis that may result in death. In this way, the OP compound methamidophos has been related to its broad use in various agriculture cultures in Brazil, with high intoxication rate. Actually, the only compounds able to revert the AChE inhibition by OP, are the oxime, such compounds may reactive the enzyme activity due its high nuclephilic power, attacking the phosphoryl group of the inhibited enzyme and displacing it. However, such compounds show toxic effects, and its use is limited by the high specificity, with each oxime acting only in the reactivation of AChE induced by specific OP coumponds. These limitations raise the need of development of new compounds with AChE reactivator potency, with minor side effects. In this way, have been utilized a series of computational tools (in silico models), with the aim of understand the interaction occurring at a molecular level and, so, rationalize the new compounds development. Thus, the aim of this thesis is to evaluate the activity of three new compounds in reactivate the AChE inhibited by methamidophos, in comparison with two others oximes used in clinical (obidoxime and pralidoxime), both in in silico and in vitro models. Our work demonstrate that the newly synthesized compounds are able to reactivate human erythrocyte AChE, however less efficiently than pralidoxime and obidoxime, and reactivate human plasma butyrylcholinesterase (BChE), where the classical oximes failed. We also show that pralidoxime, which obtained the best reactivation constant among all tested compounds, attack the phosphorus-oxygen moiety (formed between the methamidophos and the AChE catalytic triad residue Ser203) via a region known as oxyanion-hole , composed by the residues Gly120, Gly121 and Ala204. Such found may help in the development of new compounds with better reactivatory activity on AChE inhibited by OP compounds. Furthermore, we show for the first time the individual contribution of each amino acid of AChE, in a radii of 14 Å from the ligand, to the oxime bonding to its active site, using quantum chemistry methods. Here, we demonstrate the important of a quaternary nitrogen to the stabilization of the oximes into the active site; as well as, we obtained evidences that the active form of oximes should be the unprotonated one, instead the protonated, which has been target of debate in the scientific society. Particularly important, we show the critical contribution of amino acids that lies distant from the ligand to the adopted conformation and stabilization of the compounds into the active site of AChE, which has been neglected until far. Finally, our study also evaluates the toxic effects of the compound isatin-3-N4-benzilthiosemicarbazone (IBTC) in mice, which presented low toxicity, with median lethal dose superior at 500 mg/kg. Concluding, this study contributes significantly to the development of new drugs able to restore the AChE activity with minor toxic effects. / A enzima acetilcolinesterase (EC 3.1.1.7, AChE) é responsável por terminar a ação da acetilcolina nas junções das terminações nervosas com seus órgãos efetores ou sítios pós-sinaptícos. A atividade desta enzima pode ser inibida por compostos organofosforados (OP), e sua inativação resulta em um acúmulo de acetilcolina nos receptores colinérgicos, levando a crise colinérgica que pode levar a morte. No Brasil, se destaca o uso do composto OP metamidofós, que é largamente utilizado no controle de pragas em culturas agrícolas e tem sido relacionado com altas taxas de intoxicação. Atualmente, os únicos compostos capazes de reverter a inibição da AChE por OP são as oximas, tais compostos podem reativar a enzima devido a seu alto poder nucleofílico, podendo atacar e retirar o grupamento fosforil da enzima inibida. Porém, tais compostos apresentam efeitos tóxicos, e tem seu uso limitado pela alta especificidade, com cada oxima atuando na AChE inibida por apenas alguns compostos OP. Tais limitações criam a necessidade do desenvolvimento de novos fármacos com potencial reativador da AChE com menores efeitos colaterais. Neste sentido, se tem utilizado uma série de ferramentas computacionais (modelos in silico), com o objetivo de entender as interações que ocorrem em nível molecular e, desta forma, racionalizar o desenvolvimento de novos compostos. Sendo assim, o objetivo desta tese consiste em avaliar a atividade de três novos compostos, em comparação com duas oximas já utilizadas na clínica (obidoxima e pralidoxima), sobre a atividade da AChE inibida por metamidofós, tanto em modelos in silico como in vitro. Como resultados, observamos que os três novos compostos foram capazes de reativar a AChE de eritrócitos humanos inibida por metamidofós, contudo com menor eficiência que as oximas já utilizadas na clínica. Porém, todos os novos compostos foram capazes de reativar a enzima butirilcolinesterase (BChE), uma enzima acessória à AChE no sistema colinérgico, inibida por metamidofós, enquanto nenhumas das oximas clássicas tiveram qualquer atividade reativadora nesta enzima. Nosso trabalho também demonstrou que a pralidoxima, que obteve a melhor constante de reativação entre todos os compostos testados, ataca a ligação fosforo-oxigênio (formada entre o metamidofós e o resíduo Ser203, da tríade catalítica da AChE) via uma região conhecida como oxyanion-hole , que compreende os resíduos Gly120, Gly121 e Ala204. Tal achado pode ajudar no desenvolvimento de novos compostos com melhor atividade reativatória na AChE inibida por OPs. Além disso, mostramos aqui pela primeira vez, a contribuição de cada resíduo de aminoácido da AChE, num raio de 14 Å do ligante, para a ligação das oximas no seu sítio ativo, usando métodos de química quântica. Tais achados mostraram a importância da presença de um nitrogênio quaternário para a estabilização das oximas no sítio ativo; assim como colheu evidências que a forma ativa das oximas seria a sua forma desprotonada, ao invés da forma protonada, o que tem sido alvo de algum debate no meio cientifico. Particularmente importante, foi demonstrado a contribuição fundamental de aminoácidos que se encontram distantes do ligante, para a estabilização e conformação adotada pelos compostos, e que até o momento tem sido negligenciados em estudos in silico. Por fim, nosso estudo também avaliou os efeitos tóxicos do composto isatina-3-N4-benziltiosemicarbazona (IBTC) em camundongos, o qual apresentando baixa toxicidade, com valores de dose letal mediana (LD50) superiores a 500 mg/kg. Desta forma, este estudo contribui para a desenvolvimento de novos fármacos capazes de reativar a AChE e que apresentem menos efeitos tóxicos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sporotrichosis is an implantation mycose, caused by species complex Sporothrix spp., considered the subcutaneous mycosis with higher occurrence and importance in the Americas, this thermally dimorphic fungus induces a chronic inflammatory granulomatous response in their hosts. The cholinesterase, acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE) are the "key" enzimes signal in inflammatory and immune processes, for regulating the levels of ACh, the main neurotransmitter "cholinergic antiinflammatory pathway". The cholinesterase activity has been demonstrated in various inflammatory conditions; however, there is no evidence of his participation in sporotrichosis. The objective of this study was to report a case of feline sporotrichosis by natural infection; evaluate the activities of AChE in the lymphocytes and whole blood; evaluate the activity of BChE; cytokines (IL1, IL6, TNF, and IL-10 INFγ) and immunoglobulins (IgA, IgG, IgM, IgE) in serum of rats experimentally infected with S. schenckii. Sixty-three rats were divided into three groups, control group (CG), group by subcutaneous infection (GSC) and group by intraperitoneal infection (GIP). Blood collection for activities evaluation of cholinesterase, cytokines and immunoglobulins were held on 15, 30 and 40 post-infection (PI). The GIP, had an increase in the activity of AChE in the blood in all experimental times, the increase in lymphocytes occurred only on 30 and 40 days PI. The increase of the enzyme suggests a decrease in the levels of ACh with consequently increased IL-1, IL-6, TNF-α, INF-γ, as observed in this study. In the acute phase of infection wants an intense inflammatory response in an attempt to remove the agent. However, with the chronicity of infection if the stimulus is maintained can lead to remarkable tissue injury. Regarding the chronic process observed in GIP, 30 and 40 days PI, that IL-10 was shown to be increased, but not enough to contain inflammation, as pro cytokines, continued high levels. Conversely, what happened in the GIP, the SC group had reduced levels of IL-10 at all times PI, this decrease can lead to tissue damage by not blocking the inflammatory response. The activity of AChE in the GSC only statistically increased in lymphocytes, at 40 days PI. There was no significant activity when assessing the BChE, in both groups, except in the GSC 40 days PI. The BChE is not efficient in Ach s hydrolysis in low concentrations, but it can replace the AChE when itself is inhibited. High levels of immunoglobulins in all groups and at all times, shows the induction of humoral immune response in sporotrichosis. Thus, the increase in the AChE activity in whole blood and lymphocytes, together with high levels of serum immunoglobulins and cytokines, suggesting the involvement of cholinesterases, and in immune cell response against infection by S. schenckii. / A esporotricose é uma micose de implantação, causada pelo complexo de espécies Sporothrix spp., considerada a micose subcutânea com a maior ocorrência e importância nas Américas, esse fungo termodimórfico induz uma resposta inflamatória granulomatosa crônica em seus hospedeiros. As colinesterases, acetilcolinesterase (AChE) e butirilcolinesterase (BChE) desempenham um papel chave na sinalização de processos inflamatórios e imunes, por regular os níveis de ACh, o principal neurotransmissor da via colinérgica antiinflamatória . A atividade das colinesterases tem sido demonstrada em várias condições inflamatórias, contudo, não há evidencias de sua participação na esporotricose. O objetivo deste estudo foi relatar um caso de esporotricose felina por infecção natural; avaliar as atividades da AChE em linfócitos e no sangue total; avaliar a atividade da BChE; citocinas (IL1, IL6, TNFα, INFγ e IL10) e imunoglobulinas (IgA, IgG, IgM, IgE) no soro de ratos infectados experimentalmente por S. schenckii. Foram utilizados sessenta e três ratos distribuídos em três grupos, grupo controle (GC), grupo por infecção subcutânea (GSC) e grupo por infecção intraperitoneal (GIP). A coleta de sangue para avaliação das atividades das colinesterases, citocinas e imunoglobulinas foram realizadas nos dias 15, 30 e 40 pós-infecção (PI). No GIP, ocorreu um aumento na atividade das AChE no sangue em todos os tempos experimentais, nos linfócitos o aumento ocorreu apenas nos dias 30 e 40 dias PI. O aumento dessa enzima sugere uma diminuição nos níveis de ACh, com consequentemente aumento das IL-1, IL-6, TNFα, INFγ, como observado neste estudo. Na fase aguda da infecção deseja-se uma resposta inflamatória intensa na tentativa de eliminar o agente. Porém, com a cronicidade da infecção, se o estímulo for mantido pode acarretar marcante lesão tecidual. Com relação ao processo crônico observou no GIP, aos 30 e 40 dias PI, que a IL-10 mostrou-se aumentada, porém não sendo suficiente para conter a inflamação, pois as citocinas pró, continuaram com altos níveis. Inversamente o que aconteceu no GIP, o grupo SC obteve níveis reduzidos de IL 10 em todos s tempos PI, este decréscimo pode levar a danos teciduais pelo não bloqueio da resposta inflamatória. A atividade da AChE, no GSC só se mostrou estatisticamente aumentada nos linfócitos, aos 40 dias PI. Não houve atividade estatística significativa ao avaliar a BChE, em ambos os grupos, exceto no GSC 40 dias PI. A BChE não é eficiente em hidrolisar ACh em baixas concentrações, mas ela pode substituir a AChE na hidrolise da ACh quando a mesma estiver inibida. Os altos níveis evidenciados das imunoglobulinas em ambos os grupos e em todo os tempos, demonstra a indução da resposta imune humoral na esporotricose. Assim, o aumento na atividade da AChE em sangue total e em linfócitos, juntamente com os elevados níveis de citocinas e imunoglobulinas séricas, sugere-se o envolvimento dessa colinesterase, na resposta imune e celular frente a infecção por S. schenckii.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The acetylcholinesterase enzyme is responsible for the acetylcholine hydrolisis in the synaptic cleft during the transmission of nervous impulse. The investigation of new inhibitors of this important enzyme is very relevant on tentative to minimize the effects due damages on cholinergic transmission, mainly in pathologies as Alzheimer s disease. Therefore, this work has investigated the inhibitory potencial of different classes of heterocyclic compounds (pyrazole, isoxazole and isoxazolinone), in vitro, on the acetylcholinesterase activity on different cerebral structures of rats (cortex, striatum and hippocampus). Among all tested compounds, only the 2c compound did not show any inhibition; all the remaining compounds showed significative inhibition (p<0,05), and the compounds 2a and 3c, that shown the best inhibitory efficacy (51 and 59 %, respectively), were the compounds selected to the kinetic enzimatic assays. From these results it was possible to characterize the kinetic parameters (Km and VMAX) and the inhibition type showed by every compound through the Lineweaver-Burk and Cornish-Bowden plots. The mentioned parameters to the compound 2a were Km = 0.2 mM and VMAX = 7.94 μmoles ASCh/h/mg of protein. The compound exihibited a competitive inhibition type with Ki = 1.46 mM. To the compound 3c, the values of Km and VMAX were 0.05 and 1.42 μmoles ASCh/h/mg of protein, respectively. This compound performed a noncompetitive inhibition type with Ki = 2.2 mM. All the compounds were previously diluted in methanol PA in concentrations of 0.031 mM, 0.0625 mM, 0.125 mM, 0.250 mM and 0.500 mM. The inhibitors selected to the kinetic assays were also diluted in methanol PA in the concentrations of 0.125, 0.250, 0.500 and 1.0 mM. / A enzima acetilcolinesterase é responsável pela hidrólise de acetilcolina na fenda sináptica durante a transmissão do impulso nervoso. A investigação de novos inibidores dessa importante enzima é de grande relevância na tentativa de minimizar os efeitos causados por danos na transmissão colinérgica, principalmente em patologias como a doença de Alzheimer. Frente a isto, este trabalho investigou o potencial inibitório de diferentes classes de compostos heterocíclicos (pirazóis, isoxazóis e isoxazolinonas), in vitro, sobre a atividade da enzima acetilcolinesterase de diferentes estruturas cerebrais de ratos (córtex, estriado e hipocampo). Dos onze compostos testados, apenas o denominado aqui como 2c, foi o único a não apresentar inibição significativa da enzima em nenhuma estrutura testada; todos os dez compostos restantes apresentaram inibição significativa (p< 0,05), sendo que os compostos 2a e 3c, por possuírem maior eficácia inibitória (53 e 59%, respectivamente) foram os compostos selecionados para os ensaios de cinética enzimática. A partir destes ensaios foi possível a caracterização dos parâmetros cinéticos (Km e VMÁX) e do tipo de inibição apresentada por cada composto através da plotagem dos dados em gráficos de Lineweaver-Burk e Cornish-Bowden, sendo que os parâmetros citados encontrados para o composto 2a foram: Km = 0,2 mM e VMÁX = 7,94 μmoles ASCh/h/mg de proteína. O composto apresentou inibição competitiva com um Ki = 1,46 mM. Já o composto 3c apresentou valores de Km e VMÁX iguais a 0,05 mM e 1,42 μmoles ASCh/h/mg de proteína, respectivamente. A inibição exercida por este composto foi do tipo não-competitiva com Ki = 2,2 mM. Todos os compostos foram diluídos em metanol PA, nas concentrações de 0,031; 0,062; 0,125; 0,250 e 0,500 mM. Os compostos selecionados para os ensaios de cinética enzimática foram diluídos também em metanol PA, nas concentrações de 0,125; 0,250; 0,500 e 1,0 mM.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The exposure to the cigarette smoke xenobiotics is related with a compromised immune system and the development of many diseases such as Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) and lung cancer. The NTPDase and acetylcholinesterase (AChE) are important enzymes involved in the regulation of immune system and alterations in their activities have been showed in many diseases including the related with cigarette smoke-exposure. The curcumin (Cur), polyphenol isolated from the rhizomes of Curcuma longa and widely employed in the culinary and oriental traditional medicine, has many biological activities such as antioxidant, anticarcinogenic and antiinflammatory. Considering the relevance of lymphocytes in the establishment and progression of immune responses, the purpose of this study was to evaluate the effect of curcumin in the NTPDase and AChE activities in peripheral lymphocytes (PL) and lung lymphocytes (LL) from rats exposed to cigarette smoke. The establishment of a protocol to lung lymphocytes separation using the lung tissue was performed with the objective of optimize the cellular viability and the purity of separation, using as references the protocols for separation of human peripheral and lung lymphocytes. The experimental procedure to evaluate the effect of curcumin on the NTPDase and AChE in lymphocytes from rats exposed to the cigarette smoke was divided in two sets of experiments. In the first set, the animals were randomly divided into four groups: Vehicle; Cur 12.5 mg/kg; Cur 25 mg/kg; Cur 50 mg/kg. In the second experimental set, the animals were divided into 5 groups: Vehicle; smoke exposed; smoke and Cur 12.5 mg/kg; smoke and Cur 25 mg/kg; smoke and Cur 50 mg/kg. Curcumin was diluted with corn oil, administered by oral gavage, not exceeding 1 ml/kg body weight. The treatment with curcumin and cigarette smoke was carried out once a day, 5 days each week, during 30 days. It was administered the curcumin or corn oil, and approximately 10 minutes later, the smoking groups were exposed to the sidestream smoke of four commercial cigarettes (nicotine 0.9 mg, tar 10 mg each) inside a whole-body smoke exposure chamber. Control animals were placed in an equal chamber for the same amount of time. After thirty days, the animals were euthanized, the lung was removed and the peripheral blood collected for separation of lymphocytes. With the standardization of the protocol to the separation of lung lymphocytes it was achieved a percentage of lymphocytes higher than 82% and it was observed a strong correlation between the enzyme activity using ATP and ADP as substrates, which indicates that the results can be expressed in milligram of protein, millions of cells and millions of viable cells. The results from the experiments with the cigarette smoke exposure demonstrated that the treatment with curcumin prevented the alterations observed in the cigarette smoke-exposed animals such as the decrease of ATP and ADP hydrolysis in PL and LL, and the increase of AChE activity in PL. We suggest that the treatment with curcumin was protective, since the high concentrations of ATP are positively related with inflammation and tissue damage, and the emphysematous damages observed in cigarette smoke-exposed was not observed in the groups treated with curcumin. / A exposição aos xenobióticos da fumaça do cigarro está relacionada com o comprometimento do sistema imune e o desenvolvimento de diversas doenças como a Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) e câncer de pulmão. A NTPDase e a acetilcolinesterase (AChE) são importantes enzimas envolvidas na regulação do sistema imune e alterações nas suas atividades tem sido descritas em várias doenças incluindo as relacionadas à exposição à fumaça do cigarro. A curcumina (Cur), polifenol obtido a partir de rizomas de Curcuma longa e amplamente utilizado na culinária e na medicina tradicional oriental, possui muitas atividades biológicas como antioxidante, anticarcinogênica e antiinflamatória. Tendo em vista a relevância dos linfócitos no estabelecimento e progressão de respostas imunes, o objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da curcumina na atividade das enzimas NTPDase e AChE em linfócitos periféricos (PL) e linfócitos pulmonares (LL) de ratos expostos à fumaça do cigarro. A padronização da separação dos linfócitos a partir de tecido pulmonar foi realizada com o objetivo de otimizar a viabilidade celular e a pureza da separação, utilizando-se como base os protocolos de separação de linfócitos periféricos e pulmonares de seres humanos. Os procedimentos experimentais para a avaliação do efeito da curcumina sob a atividade das enzimas NTPDase e AChE em linfócitos de ratos expostos à fumaça do cigarro foram divididos em duas etapas. Primeiramente, os animais foram divididos aleatoriamente em quatro grupos: veículo; Cur 12.5 mg/kg, Cur 25 mg/kg; Cur 50 mg/kg. Na segunda etapa experimental os animais foram divididos aleatoriamente em cinco grupos: veículo; cigarro; cigarro e Cur 12.5 mg/kg; cigarro e Cur 25 mg/kg; cigarro e Cur 50 mg/kg. A curcumina foi diluída em óleo de milho, administrada por gavagem oral, não excedendo 1 ml/kg de massa corpórea. O tratamento com a curcumina e com a fumaça do cigarro foi realizada uma vez por dia, cinco dias por semana, durante trinta dias. A curcumina foi administrada e, após aproximadamente dez minutos, os grupos fumantes eram expostos à fumaça de quatro cigarros comerciais (0,9 mg nicotina, 10 mg alcatrão cada) dentro de uma câmara de exposição. Os animais não expostos à fumaça do cigarro foram colocados em uma câmara equivalente, pelo mesmo período. Após trinta dias, os animais foram eutanasiados, os pulmões removidos e o sangue periférico coletado para a separação dos linfócitos. Com a padronização da técnica para a separação de linfócitos pulmonares foi obtido um percentual de linfócitos superior a 82% e ainda observou-se uma forte correlação entre a atividade da enzima usando ATP e ADP como substrato o que indica que os resultados podem ser expressos tanto em miligramas de proteína, quanto em milhões de células quanto em milhões de células viáveis. Os resultados dos experimentos com a fumaça do cigarro demonstraram que o tratamento com a curcumina preveniu as alterações observadas nos animais expostos à fumaça do cigarro como a diminuição na hidrólise de ATP e ADP em PL e LL, e o aumento da atividade da AChE em PL. Analisando os resultados obtidos, sugere-se que o tratamento com a curcumina foi protetor, uma vez que as altas concentrações de ATP estão positivamente relacionadas com inflamação e dano tecidual, e as lesões enfisematosas observadas no grupo exposto à fumaça do cigarro não foram observadas com os tratamentos com a curcumina.

Ferro é o metal de transição mais abundante da Terra. Quando se encontra na presença de substratos biológicos como o peróxido, Fe(II) o reduz ao radical hidroxila através da reação de Fenton. Os riscos associados a desordens neurodegenerativas aumentam devido à presença das espécies reativas de oxigênio, em alguns casos geradas por intermédio de reações com ferro. Uma das desordens mais graves entre estas é a Doença de Alzheimer (DA). Diferentes fármacos foram desenvolvidas ao longo dos anos para tratamento da DA. O tratamento da sobrecarga de Fe é baseado na terapia de quelação. Um dos quelantes amplamente empregados é a desferrioxamina (DFO). Nos últimos anos, um novo paradigma tem surgido na química medicinal, a estratégia MTDL (Multiple- target- directed ligand; ligante direcionado a múltiplos alvos). Propomos neste trabalho a conjugação de diferentes aminas aromáticas inspiradas em moléculas anti-Alzheimer com DFO, a fim de melhorar as propriedades farmacológicas deste quelante. Os novos quelantes, conjugados de DFO com anilina (DFOANI), benzosulfanilamida (DFOBAN), 2-aminonaftaleno(DFONAF) e 6-aminoquinolina (DFOQUN) foram obtidos. DFOQUN apresenta atividade quelante comparável à da DFO, enquanto os demais conjugados parecem menos eficientes. Ensaio antioxidante com dihidrorodamina (DHR) mostra que os conjugados (exceto DFONAF) apresentam comportamento similar ao da DFO, o que era esperado em função do ambiente de coordenação envolvido. DFOQUN promoveu significativo aumento de inibição de agregação de beta amilóide (&#946;A) quando comparado com DFO, devido ao anel quinolínico em sua estrutura. Estudos com a enzima acetilcolinesterase (AChE) realizados in vitro e in vivo (Caenorhabditis elegans) mostraram que a atividade de AChE decaiu na presença de DFOQUN. Estudos comportamentais demonstraram aumento no número de curvaturas dos vermes tratado com Fe na presença de DFO e DFOQUN. Além disso, verificou-se aumento de permeabilidade celular de DFOQUN e DFOANI comparado com DFO, sem decaimento da viabilidade dos conjugados na presença de Fe. Concluímos que DFOQUN demonstra características importantes como novo candidato a fármaco anti-DA. / Iron is the most abundant transition metal on Earth. In the presence of biological substrates such as peroxide, Fe(II) generates hydroxyl radical through the Fenton reaction. The risks associated with neurodegenerative disorders increase due to the presence of reactive oxygen species, in some cases catalyzed by iron. One of the most serious disorders among these is Alzheimer\'s Disease (AD). Different drugs have been developed over the years for the treatment of AD. The treatment of iron overload is based on chelation therapy. One of the widely used chelators is desferrioxamine (DFO). In recent years, a new paradigm has emerged in medicinal chemistry, the MTDL (Multiple Target-directed ligand) strategy. We propose in this work the conjugation of different aromatic amines inspired in anti-Alzheimer molecules with DFO to improve the pharmacological properties of this chelator.The novel chelators, DFO conjugate with aniline (DFOANI), benzosulfanilamide (DFOBAN), 2-naphtylamine (DFONAF) and 6-quinolinamine (DFOQUN) were obtained. DFOQUN has comparable chelating activity to that of DFO, while the other conjugates appear to be less efficient. Antioxidant tests with dihydrorhodamine (DHR) showed that, except for DFONAF, the conjugates exhibit similar behavior as DFO, due to the coordination environment involved. DFOQUN promoted a significant increase in inhibition of beta amyloid (A&#946;) aggregation when compared to DFO, because of the quinoline ring in its structure. Studies with the enzyme acetylcholinesterase (AChE) performed in vitro and in vivo (Caenorhabditis elegans) showed that AChE activity declined in the presence of DFOQUN. Behavioral studies showed an increase in the number of bends of the worms treated with Fe in the presence of DFO and DFOQUN. In addition, increased cell permeability of DFOQUN and DFOANI compared to DFO was observed, without decreased cell viability caused by the conjugates in the presence of Fe. We conclude that DFOQUN showed important characteristics for a new anti-AD drug candidate.

As enzimas, acetilcolinesterase (AChE) e ?-secretase1 (BACE1), são alvos validados para o tratamento da Doença de Alzheimer (DA) uma vez que atuam no sistema nervoso central contribuindo para o avanço da doença. Neste contexto, o interesse por inibidores destas enzimas e a busca por ensaios enzimáticos seletivos e eficazes tem importância crucial. Neste trabalho é descrito o desenvolvimento de metodologias on-line, em capilares de sílica fundida, e off-line, em esferas de agarose para triagem de ligantes envolvendo as enzimas AChE e BACE1 via imobilização e co-imobilização por ligação covalente. Nos métodos on-line, a imobilização da BACE1 e a co-imobilização das enzimas AChE e BACE1 em capilares de sílica fundida foram realizadas via ligação amino-glutaraldeído e as atividades das enzimas foram monitoradas on-line por cromatografia líquida de alta de eficiência e espectrometria de massa (CLAE-EM) através da medida das massas correspondentes aos produtos das clivagens enzimáticas. Nestes, foram possíveis se determinar os parâmetros cinéticos para as enzimas imobilizadas como; variações de pH e temperatura, as constantes cinéticas (KMap) e validação com inibidores padrão. Ressaltando também a aplicação na triagem de uma coleção de oito compostos sintéticos com identificação de dois compostos e a caracterização dos mesmos. Nos métodos off-line, a imobilização da AChE e da BACE1 em suportes de agarose foram realizadas partindo de diferentes tipos de ligação com grupos nucleófilos previamente ligados ao suporte. Os diferentes suportes de agarose com a AChE imobilizada foram estudados usando o propionato de p-nitrofenil como substrato por meio da medida da absorbância do produto formado p-nitrofenol a 348 nm. O sistema com a enzima imobilizada agarose-trietilamina-AChE (agarose-TEA-AChE) ótimo foi utilizado para validação do método para triagem de ligantes com o inibidor padrão sendo determinado os parâmetros cinéticos e termodinâmicos de inibição, tais como; potência inibitória (IC50), constante de inibição (Ki) e constante de dissociação (KD). Já para a enzima BACE1, a atividade enzimática foi monitorada por fluorescência a ?em= 495 nm (?ex= 395 nm) utilizando o substrato IV, sendo possível a seleção do melhor método para imobilização da BACE1. Em ambos os métodos, on-line e off-line, a imobilização foi eficiente refletindo na atividade de cada enzima após o processo. Os métodos para triagem desenvolvidos neste trabalho são inéditos para ambas as enzimas e reportam grandes avanços comparados aos ensaios já consolidados, uma vez que a co-imobilização contribuiu para a construção de um modelo de triagem inovador, sendo possível a avaliação das interações específicas de um ligante contra dois alvos biológicos em um mesmo sistema (CLAE-EM) automatizado. Ressaltando também que os métodos com a AChE e BACE1 em duas matrizes distintas forneceram modelos de ensaios com formatos diferentes que podem ser aplicados de acordo com as ferramentas analíticas disponíveis, desde as mais simples como espectrofotometria no UV-Vis, fluorescência, aos mais sofisticados e automatizados como CLAE-EM. / The enzymes, acetylcholinesterase (AChE) and ?-secretase1 (BACE1), are targets validated for the treatment of Alzheimer\'s Disease (AD) because they act in the central nervous system contributing to the disease advance. In this context, the interest in inhibitors of these enzymes and the search for selective and effective enzymatic assays is of crucial importance. This work describes the development of on-line methodologies, in fused silica capillaries, and off-line in agarose beads for screening ligands involving the AChE and BACE1 enzymes via immobilization and co-immobilization by covalent attachment. In the on-line methods the immobilization of BACE1 and co-immobilization of AChE and BACE1 enzymes in fused silica capillaries were performed via amino-glutaraldehyde bonding and the enzyme activities were monitored on-line employing high performance liquid chromatography and mass spectrometry (HPLC-MS) by measuring the masses corresponding to the products of the enzymatic cleavages. In these enabled the determination of kinetic parameters for immobilized enzymes such as; pH and temperature variations, kinetic constants (KMap) and validation with standard inhibitors. Also, the application in the screening of a collection of eight synthetic compounds with identification and characterizations of two compounds was carried out. In the off-line methods, the immobilizations of AChE and BACE1 on agarose supports were performed through different types of binding with nucleophilic groups previously attached to the support. The different active-agarose supports with immobilized AChE were studied using p-nitrophenyl propionate as substrate by measuring the absorbance of the product formed p-nitrophenol at 348 nm. The system with the immobilized enzyme optimal agarose-triethylamine-AChE (agarose-TEA-AChE) was used for validation of the method for screening ligands with the standard inhibitor being determined the kinetic and thermodynamic parameters of inhibition, such as; inhibitory power (IC50), inhibition constant (Ki) and dissociation constant (KD). For BACE1 enzyme, the enzymatic activity was monitored by fluorescence at ?em = 495 nm (?ex = 395 nm) using the substrate IV, and it was possible to select the best method for immobilization of BACE1. In both methods, both on-line and off-line, the immobilizations procedures were efficient reflecting on the activity of each enzyme after the process. The screening methods developed in this work are unprecedented for both enzymes and represent an improvement to the already consolidated screenings assays, because the co-immobilization contributed to the construction of an innovative screening model, being possible the evaluation of the specific interactions of a ligand against two biological targets in the same automated system. It is worth emphasizing that the AChE and BACE1 methods in two different matrices have provided models of assays in different format that can be applied according to the available analytical tools, from the simplest ones such as UV-Vis spectrophotometry, fluorescence, to the automated systems such as HPLC-MS.

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 410539.pdf: 3151865 bytes, checksum: 48590cfe5b0c95580f676ed19d3f2c46 (MD5) Previous issue date: 2009-01-28 / O zebrafish ? um pequeno tele?steo que vem sendo considerado um modelo ideal para estudos de numerosas doen?as humanas. O genoma desta esp?cie est? quase todo sequenciado e estudos demonstraram que muitos genes deste peixe s?o similares ao de mam?feros, inclusive humanos. A esquizofrenia ? uma grave s?ndrome neuropsiqui?trica que acomete em torno de 1% da popula??o mundial. O uso de f?rmacos antipsic?ticos ? a base dos tratamentos para esquizofrenia. Evid?ncias t?m demonstrado o importante papel desempenhado pelo ATP e a adenosina no sistema nervoso central (SNC). O neurotransmissor ATP ? armazenado de forma vesicular e liberado na fenda sin?ptica, onde pode agir em receptores espec?ficos localizados na membrana celular. A inativa??o do sinal mediado pelo ATP extracelular ? realizada por uma fam?lia de enzimas denominadas ectonucleotidases, incluindo as NTPDases (nucleos?deo trifosfato difosfoidrolases) e a ecto-5?- nucleotidase. Estas enzimas s?o respons?veis pelo catabolismo extracelular do neurotransmissor ATP at? adenosina. Estudos do nosso laborat?rio demonstraram a presen?a de ectonucleotidases como as NTPDases e a ecto-5?-nucleotidase no SNC de zebrafish. A acetilcolina (ACh) ? um neurotransmissor secretado pelos nervos colin?rgicos terminais, juntamente com o ATP. Ap?s exercer seu sinal nos receptores nicot?nicos e muscar?nicos, a ACh ? inativada pela a??o de uma enzima denominada acetilcolinesterase (AChE), que hidrolisa a ACh at? colina e acetato. O gene da AChE j? foi clonado e sequenciado e esta atividade enzim?tica foi detectada em c?rebro de zebrafish. Considerando que: (1) o zebrafish ? um importante modelo experimental em estudos farmacol?gicos, bioqu?micos e patol?gicos, e que (2) os sistemas purin?rgico e colin?rgico exercem um importante papel na sinaliza??o no SNC e (3) receptores e enzimas envolvidos nestes sistemas de neurotransmiss?o j? foram descritos nesta esp?cie, torna-se importante avaliar os efeitos das drogas antipsic?ticas sobre enzimas envolvidas na hidr?lise dos nucleot?deos de adenina e acetilcolina no SNC do zebrafish. O efeito in vitro de sulpirida, olanzapina e haloperidol foram avaliados na atividade da AChE. Todas as drogas promoveram inibi??o na atividade desta enzima. J? no estudo in vivo somente o haloperidol alterou a atividade da AChE, ativando a hidr?lise de ACh e aumentando a express?o g?nica da AChE. Foi avaliado o efeito in vitro das drogas antipsic?ticas sobre a atividade das NTPDases em membranas cerebrais de zebrafish. As tr?s drogas testadas foram capazes de alterar a atividade das NTPDases, sendo que o haloperidol inibiu a hidr?lise de ATP e ADP, a sulpirida inibiu a hidr?lise de ADP e a olanzapina inibiu a hidr?lise de ATP. Entretanto, nenhuma das tr?s drogas testadas promoveu altera??o significativa na atividade da ecto-5?- nucleotidase. Os resultados demonstram que os f?rmacos antipsic?ticos podem influenciar na atividade das enzimas envolvidas na degrada??o dos neurotransmissores ATP e acetilcolina, sugerindo que o sistema purin?rgico e colin?rgico podem ser alvo dos efeitos neuroqu?micos promovidos por estes f?rmacos

Made available in DSpace on 2015-04-14T14:50:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 411148.pdf: 347017 bytes, checksum: e332ff9ec0944ee08b20b394c3339334 (MD5) Previous issue date: 2009-03-18 / Neste trabalho foram avaliados os efeitos da manipula??o farmacol?gica do sistema colin?rgico atrav?s do uso de um f?rmaco inibidor da enzima acetilcolinesterase (AChE) e um agonista de receptores colin?rgicos muscar?nicos sob d?ficits na mem?ria de reconhecimento induzidos pelo tratamento com ferro no per?odo neonatal. Al?m disso, avaliou-se a atividade e express?o do RNAm da AChE em regi?es cerebrais de ratos tratados com ferro no per?odo neonatal. Desde a ?ltima d?cada se sugere uma correla??o entre o ferro e desordens neurol?gicas, especialmente as doen?as neurodegenerativas. No per?odo neonatal a absor??o de ferro pelo c?rebro ? m?xima, per?odo em que os estoques e concentra??es futuras deste metal se estabelecem. Ratos tratados do 12o ao 14o dia de vida com 10 mg/kg (concentra??o de 1 mg/ml de ferro na solu??o) de ferro via tubo intrag?strico, se desenvolvem aparentemente saud?veis at? a vida adulta, por?m, ao serem avaliados em tarefas cognitivas apresentam severos d?ficits nas mesmas. O sistema colin?rgico ? um dos principais sistemas envolvidos em processos cognitivos, tanto que o decl?nio observado no envelhecimento e em algumas doen?as neurodegenerativas ? em parte associado ? perda de fun??o deste sistema. Este estudo demonstra que a administra??o intraperitoneal (i.p.), ?nica, imediatamente ap?s o treino, de 1,0 mg/kg do inibidor da AChE, galantamina, a ratos adultos (3 meses) tratados com ferro ? capaz de reverter totalmente o d?ficit cognitivo observado na tarefa de reconhecimento do objeto novo. De forma semelhante, o agonista muscar?nico oxotremorine na dose de 0,5 mg/kg i.p. melhora o desempenho na mesma tarefa, mas sem total revers?o do dano cognitivo. Ao se avaliar a atividade da AChE nas estruturas cerebrais de animais adultos (3 meses) tratados com ferro observou-se uma diminui??o da mesma na regi?o do estriado sem altera??es nas regi?es do c?rtex e hipocampo, por?m essa diminui??o da atividade ocorreu sem acompanhamento de altera??es na express?o do RNAm, a qual n?o apresenta diferen?a entre o grupo controle e o tratado com ferro. Curiosamente, a atividade da AChE de ratos velhos (24 meses) n?o apresenta diferen?a entre o grupo controle e o grupo tratado, e os valores encontrados para ambos s?o semelhantes ?queles dos ratos jovens (3 meses) tratados com ferro. Os resultados obtidos nesse estudo sugerem que o dano cognitivo gerado pelo tratamento com ferro est? relacionado, pelo menos em parte, a um dano na transmiss?o colin?rgica estriatal, por?m sem degenera??o das fibras colin?rgicas

Introdução: A moléstia de Hirschsprung (MH) se caracteriza pela ausência de neurônios intramurais em segmentos variáveis do intestino grosso, levando a suboclusão intestinal. Na forma mais frequente o reto-sigmoide está comprometido. A biopsia retal é o método histológico de escolha no diagnóstico da MH. O método da hematoxilina e eosina (HE) é classicamente utilizado na prática histopatológica. Nessa técnica, um fragmento de parede total do reto é processado através de parafinização, para posteriormente ser seccionado e corado por HE. Esta coloração evidencia células neurais em intestinos normais e troncos nervosos hipertrofiados nos casos de MH. É uma técnica muito simples, ainda hoje muito utilizada no diagnóstico da doença, necessitando de fragmentos grandes de reto para um maior acerto no diagnóstico. Este detalhe torna o diagnóstico do recém-nascido mais difícil. Outro método de coloração utilizado no diagnóstico da MH é o método histoquímico de pesquisa de atividade de Acetilcolinesterase (AChE). Nesta técnica é necessário apenas um pequeno fragmento de mucosa e submucosa que será congelado e depois processado. A pesquisa de AChE, nos casos de MH mostrará a presença desta enzima em quantidade aumentada, corando troncos e ou fibrilas de cor acastanhado. Este método já vem sendo utilizado pelo Instituto da Criança - HCFMUSP há mais de 30 anos e possui um acerto diagnóstico superior a 90%. Porém, por ser uma técnica mais elaborada, pouquíssimos centros no Brasil a utilizam no diagnóstico da MH. Um outro método mais recente, e que também pode ser realizado em fragmentos menores, é a marcação imunohistoquímica da calretinina, que permite a visualização dos neurônios do plexo submucoso e das fibrilas finas na região da lâmina própria em não doentes. Esta técnica também apresenta maior complexidade e, portanto, não é utilizada. A possibilidade de realizar o diagnóstico da MH através da coloração HE em fragmentos menores poderia ser uma alternativa para os serviços que não dispõe de técnicas mais especificas. Objetivos: Avaliar a concordância dos resultados obtidos pelo método de coloração HE e da calretinina com a pesquisa de atividade de AChE em fragmentos de mucosa e submucosa no diagnóstico da Moléstia de Hirschsprung. Métodos: Para este trabalho foram selecionados 50 casos arquivados em nosso laboratório. O material encontrava-se emblocado em parafina. Foram feitos 60 níveis de cada fragmento para o HE e mais 3 níveis para a calretinina. Essas lâminas foram analisadas em microscópio, fotografadas e classificadas como positivas para MH quando não foram encontradas células neurais e houve a presença de troncos nervosos, e em negativas nos casos de visualização dos neurônios. Foi realizado estudo cego por dois pesquisadores. Os resultados da leitura das lâminas foram comparados com o da AChE. Resultados: Dos 50 casos avaliados pela técnica do HE, apenas 5 discordaram do diagnóstico realizado pela AChE, com um valor de Kappa de 0,800 e acurácia 90%. Na comparação entre a calretinina e a AChE 8 casos discordaram, com um valor de Kappa de 0,676 e acurácia de 84%. Conclusões: A concordância obtida entre os métodos da AChE e HE foi satisfatória. Tornando possível a utilização do método do HE em 60 níveis de fragmento de mucosa e submucosa como alternativa para o diagnóstico da MH. A técnica imunohistoquímica da Calretinina não apresentou a concordância esperada com a pesquisa de atividade de AChE em nosso estudo / Introduction: Hirschsprung disease (HD) is characterized by the absence of intramural neurons in variable segments of the large intestine, leading to intestinal subocclusion. In the most frequent form the rectum-sigmoid is compromised. Rectal biopsy is the histological method of choice in the diagnosis of HD. The hematoxylin and eosin (HE) method is classically used in histopathological practice. In this technique, a full-thickness rectum wall fragment is processed through paraffinization, to be later sectioned and stained by HE. This staining shows neural cells in normal intestines and hypertrophied nerve trunks in cases of HD. It is a very simple technique, still used today in the diagnosis of the disease, requiring large fragments of the rectum for a better diagnosis. This detail makes the diagnosis of the newborn more difficult. The staining histochemical methods more used are the research of acetylcholinesterase activity (AChE) and staining of calretinin. However, these techniques are not available in all centers and the possibility of diagnosing HD through HE staining in smaller fragments could be valuable alternative for services that do not have more specific techniques. Objectives: To evaluate the concordance of the results obtained by the HE staining and the calretinin method with the investigation of AChE activity in fragments of mucosa and submucosa in the diagnosis of Hirschsprung\'s disease. Methods: For this study, 50 cases from our laboratory were selected. The material was embedded in paraffin. Sixty levels of each fragment were made for HE and other 3 levels for calretinin. These slides were analyzed under microscope, photographed and classified as positive for HD when no nerve cells were found and there were nerve trunks present, and in negative in cases of visualization of the neurons. A blind study was carried out by two researchers. The results of reading the slides were compared with that of AChE. Results: Of the 50 cases evaluated by the HE technique, only 5 disagreed with the diagnosis performed by AChE, with a Kappa value of 0.800 and accuracy of 90%. In the comparison between calretinin and AChE, 8 cases disagreed, with a Kappa value of 0.676 and an accuracy of 84%. Conclusions: The concordance of results from AChE and HE methods was satisfactory, allowing the possibility of the use of the HE method in fragments of mucosa and submucosa as valid alternative for the diagnosis of HD. The immunohistochemical technique of Calretinin did not show a good agreement with the AChE activity in our study

A enzima acetilcolinesterase (AChE) tem sido amplamente aplicada no desenvolvimento de biossensores para detecção de pesticidas. No entanto, a aplicação de tais dispositivos é limitada devido à falta de robustez, que está associada com a baixa estabilidade enzimática, além de seu alto custo. Uma alternativa às enzimas é a utilização de moléculas sintéticas que mimetizem o comportamento enzimático, com menor custo e maior estabilidade; tais moléculas são denominadas moléculas biomiméticas. Neste trabalho são apresentados três potenciais catalisadores: o ácido [4-(1E)etanohidrazonoil]benzóico, o iodeto de pralidoxima (2-PAM) e o polímero polihidroxamicalcanoato (PHA); com grupos funcionais alfa nucleófilos hidrazona, oxima e ácido hidroxâmico, respectivamente. Tais moléculas foram avaliadas baseando-se em dois critérios para classificação de biomiméticos da AChE: 1) catálise da hidrólise do substrato acetiltiocolina (ATCh) e 2) interação com pesticida organofosforado. O método espectrofotométrico de Ellman revelou que o polímero PHA foi a molécula mais eficiente, uma vez que a constante de velocidade de segunda ordem obtida foi de 13867 mol-1 L s-1, 5 vezes superior a da 2-PAM e 232 vezes a da hidrazona. Posteriormente, todas as moléculas foram avaliadas por método espectrofotométrico em relação à interação com o organofosforado paraoxon. Apenas o PHA apresentou interação nas condições estudadas. Cálculos teóricos mostraram como ocorre a aproximação entre o PHA e ATCh, e com o paraoxon. Diante dos resultados obtidos, o PHA foi a molécula biomimética escolhida para aplicação no sensor eletroquímico para detecção de organofosforados. Primeiramente, o PHA foi imobilizado na superfície de um eletrodo impresso descartável a partir da formação de uma blenda com o polímero polietileno glicol metil éter, evitando sua solubilização. A oxidação da tiocolina formada a partir da catálise do ATCh realizada pelo PHA imobilizado foi verificada em 0,46 V vs Ag/AgCl, por voltametria de pulso diferencial. A equação obtida a partir da curva de calibração referente ao intervalo de concentração de paraoxon de 1,0 a 10,0 &micro;mol L-1 foi I(%) = [4,8x106 C (mol L-1) + 0,8169]×100 (R2 = 0,99969), com limite de detecção de 3,63x10-7 mol L-1. Amostras de água de abastecimento foram analisadas, com concentrações adicionadas de paraoxon de 3,0; 6,0 e 8,0 &micro;mol L-1, com recuperação de 115%; 106% e 94,5%, respectivamente. Os resultados apresentados mostraram que foi possível desenvolver um sensor eletroquímico biomimético para detecção de pesticida paraoxon. / Acetylcholinesterase enzyme (AChE) has been widely applied in biosensor development for pesticide detection. However, the application of those biosensors is limited due to their lack of robustness associated with low enzymatic stability and AChE high cost. An alternative to enzymes, it is the use of synthetic molecules which mimic enzymatic behavior, besides its low cost and superior stability, those are classified as biomimetic molecules. In this work is presented three potential catalysts: [4-(1E)ethanehydrazonoyl]benzoic acid, pralidoxime iodide (2-PAM), and polyhydroxamicalkalnoate polymer (PHA) with alpha nucleophile functional groups, such as hydrazone, oxime, and hydroxamic acid, respectively. The aforementioned molecules were evaluated based on two criteria for classification as AChE biomimetic: 1) catalysis of acetylthiocholine substrate (ATCh) hydrolysis and 2) interaction with organophosphorus pesticide. Spectrophotometrical Ellman´s method revealed that PHA polymer was the most efficient one, since its second order rate constant was 13867 mol-1 L s-1, which was 5 times superior than 2-PAM one and 232 times higher than hydrazone. Then, each molecule was analyzed through spectrophotometric method to verify the interaction with paraoxon organophosphorus pesticide. Only the PHA exhibited such interaction in the studied conditions. Theoretical calculations showed how the approach between PHA and ATCh, and also with paraoxon occurred. Regarding the obtained results, PHA was the chosen biomimetic molecule to be applied in the electrochemical sensor for organophosphorus detection. First of all, PHA was immobilized on the surface of disposable screen printed electrode through blend formation with polyethylene glycol methyl ether (mpEG), avoiding PHA dissolution. The oxidation of thiocholine generated towards ATCh catalysis performed by immobilized PHA was verified at 0.46 V vs Ag/AgCl by differential pulse voltammetry. The linear equation obtained through calibration curve for paraoxon concentration range of 1.0 to 10.0 &micro;mol L-1 was I(%) = [4.8x106 C (mol L-1) + 0.8169]×100 (R2 = 0.99969), with limit of detection of 3.63x10-7 mol L-1. Water supply samples were analyzed considering the added paraoxon concentrations of 3.0; 6.0 e 8.0 &micro;mol L-1, recovering 115%; 106% and 94.5%, respectively. The presented results showed that a biomimetic electrochemical sensor was successfully developed for detection of paraoxon organophosphorus pesticide.