A doença de Chagas, parasitose causada pelo Trypanosoma cruzi, é doença prevalente na América Latina. Estima-se que cerca de 10 milhões de pessoas estão sob o risco de infecção e, em 2008, registraram-se mais de 10 mil óbitos devido à doença. Os únicos dois fármacos disponíveis na terapêutica, nifurtimox e benznidazol, são mais eficazes no tratamento da doença no início da fase aguda. Entretanto, a fase crônica da doença não possui tratamento. O nitrofural (NF), fármaco antimicrobiano, destaca-se por possuir atividade contra o T. cruzi, porém, apresenta toxicidade. Seu derivado hidroximetilado, o hidroximetilnitrofural (NFOH), por sua vez, mostrou maior atividade antichagásica e menor toxicidade. Ante a necessidade de novos fármacos antichagásicos, a existência de alvos terapêuticos promissores como a 14α-esterol desmetilase (CYP51) e a cruzaína e mediante utilização do bioisosterismo como ferramenta de modificação molecular, realizou-se a triagem virtual de 144 ligantes análogos do NFOH pelo método de docking com o programa GOLD para a CYP51 de T. cruzi. Adicionalmente, realizou-se estudo qualitativo dos campos de interação moleculares (MIFs) com o programa GRID para a enzima humana e do parasita, homólogas entre si, estudo que revelou 9 resíduos de aminoácidos no sítio ativo da enzima parasitária que podem ser explorados no planejamento de inibidores seletivos. Neste trabalho, obtiveram-se 5 compostos inéditos, caracterizados por determinação da faixa de fusão, análise elementar, técnicas de espectroscopia no infravermelho, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de 1H,13C, HSQC, HMBC, HETCOR e NOESY, e a atribuição dos sinais foi realizada com o auxílio de técnicas de modelagem molecular. Testaram-se 4 compostos contra a forma amastigota de T. cruzi em células da linhagem U2OS. Todos os compostos apresentaram atividade da ordem de micromolar e índices de seletividade satisfatórios. O composto LAPEN-2901 teve sua estrutura elucidada por cristalografia de raios X, apresentou toxicidade duas vezes menor que o NFOH e potência semelhante à do composto de referência benznidazol, porém menor eficácia. Os resultados obtidos ressaltam a importância de grupos nitro, 1,2,4-triazólicos e tiossemicarbazônicos para o planejamento de derivados eficazes no tratamento da fase crônica da doença de Chagas. / Chagas disease, parasitosis caused by Trypanosoma cruzi, is a disease that predominates in Latin America. It is estimated that 10 million people are under the risk of infection and, in 2008, more than 10 thousand deaths were registered. The only two drugs available in the therapeutics, nifurtimox and benznidazole, showed to be more effective in the acute phase of the disease. However, there is no choice for the chronic phase. Nitrofurazone (NF), an antimicrobial drug, has activity against T. cruzi, although being toxic. Its hydroxymethyl derivative, the hydroxymethylnitrofurazone (NFOH), showed to be more active and less toxic than the prototype. Considering the need for new antichagasic drugs, the existence of promising new therapeutic targets, as 14α-esterol demethylase and cruzain, and by employing the bioisosterism approach, a virtual screening using T. cruzi CYP51 was performed for 144 NFOH analogues. Additionaly, a qualitative molecular interaction field study was performed, revealing 9 aminoacids in the parasitic enzyme relevant for selectivity. Five novel compounds were synthesized, characterized by melting range, elemental analysis, IR spectroscopy, 1H and 13C NMR as well as HSQC, HMBC, HETCOR and NOESY experiments, in which the signal assigning were aided using molecular modeling techniques Four compounds were tested against T. cruzi amastigotes in infected U2OS cells. All compounds were sufficiently selective towards T. cruzi and showed trypanomicidal activity in low micromolar range. The compound LAPEN-2901 had its structure determined using X-ray crystallography and showed lower toxicity than NFOH and potency similar to benznidazole, but lower efficacy. These results highlight the importance of the 1,2,4-triazolic, thiosemicarbazonic and nitro group moieties for designing new efficient compounds for the chronic phase of Chagas disease.

A doença de Chagas, parasitose causada pelo Trypanosoma cruzi, é doença prevalente na América Latina. Estima-se que cerca de 10 milhões de pessoas estão sob o risco de infecção e, em 2008, registraram-se mais de 10 mil óbitos devido à doença. Os únicos dois fármacos disponíveis na terapêutica, nifurtimox e benznidazol, são mais eficazes no tratamento da doença no início da fase aguda. Entretanto, a fase crônica da doença não possui tratamento. O nitrofural (NF), fármaco antimicrobiano, destaca-se por possuir atividade contra o T. cruzi, porém, apresenta toxicidade. Seu derivado hidroximetilado, o hidroximetilnitrofural (NFOH), por sua vez, mostrou maior atividade antichagásica e menor toxicidade. Ante a necessidade de novos fármacos antichagásicos, a existência de alvos terapêuticos promissores como a 14α-esterol desmetilase (CYP51) e a cruzaína e mediante utilização do bioisosterismo como ferramenta de modificação molecular, realizou-se a triagem virtual de 144 ligantes análogos do NFOH pelo método de docking com o programa GOLD para a CYP51 de T. cruzi. Adicionalmente, realizou-se estudo qualitativo dos campos de interação moleculares (MIFs) com o programa GRID para a enzima humana e do parasita, homólogas entre si, estudo que revelou 9 resíduos de aminoácidos no sítio ativo da enzima parasitária que podem ser explorados no planejamento de inibidores seletivos. Neste trabalho, obtiveram-se 5 compostos inéditos, caracterizados por determinação da faixa de fusão, análise elementar, técnicas de espectroscopia no infravermelho, espectroscopia de ressonância magnética nuclear de 1H,13C, HSQC, HMBC, HETCOR e NOESY, e a atribuição dos sinais foi realizada com o auxílio de técnicas de modelagem molecular. Testaram-se 4 compostos contra a forma amastigota de T. cruzi em células da linhagem U2OS. Todos os compostos apresentaram atividade da ordem de micromolar e índices de seletividade satisfatórios. O composto LAPEN-2901 teve sua estrutura elucidada por cristalografia de raios X, apresentou toxicidade duas vezes menor que o NFOH e potência semelhante à do composto de referência benznidazol, porém menor eficácia. Os resultados obtidos ressaltam a importância de grupos nitro, 1,2,4-triazólicos e tiossemicarbazônicos para o planejamento de derivados eficazes no tratamento da fase crônica da doença de Chagas. / Chagas disease, parasitosis caused by Trypanosoma cruzi, is a disease that predominates in Latin America. It is estimated that 10 million people are under the risk of infection and, in 2008, more than 10 thousand deaths were registered. The only two drugs available in the therapeutics, nifurtimox and benznidazole, showed to be more effective in the acute phase of the disease. However, there is no choice for the chronic phase. Nitrofurazone (NF), an antimicrobial drug, has activity against T. cruzi, although being toxic. Its hydroxymethyl derivative, the hydroxymethylnitrofurazone (NFOH), showed to be more active and less toxic than the prototype. Considering the need for new antichagasic drugs, the existence of promising new therapeutic targets, as 14α-esterol demethylase and cruzain, and by employing the bioisosterism approach, a virtual screening using T. cruzi CYP51 was performed for 144 NFOH analogues. Additionaly, a qualitative molecular interaction field study was performed, revealing 9 aminoacids in the parasitic enzyme relevant for selectivity. Five novel compounds were synthesized, characterized by melting range, elemental analysis, IR spectroscopy, 1H and 13C NMR as well as HSQC, HMBC, HETCOR and NOESY experiments, in which the signal assigning were aided using molecular modeling techniques Four compounds were tested against T. cruzi amastigotes in infected U2OS cells. All compounds were sufficiently selective towards T. cruzi and showed trypanomicidal activity in low micromolar range. The compound LAPEN-2901 had its structure determined using X-ray crystallography and showed lower toxicity than NFOH and potency similar to benznidazole, but lower efficacy. These results highlight the importance of the 1,2,4-triazolic, thiosemicarbazonic and nitro group moieties for designing new efficient compounds for the chronic phase of Chagas disease.

Comprendre les interactions réalisées entre un candidat médicament et sa protéine cible est un enjeu crucial pour orienter la recherche de nouvelles molécules. En effet, ce processus implique de nombreux paramètres qu’il est nécessaire d’analyser séparément pour mieux comprendre leurs effets.Nous proposons ici deux nouvelles approches observant les relations protéine/ligand. La première se concentre sur la comparaison de cavités formées par les sites de liaison pouvant accueillir une molécule. Cette méthode permet d’inférer la fonction d’une protéine mais surtout de prédire « l’accessibilité » d’un site de liaison pour un médicament. La seconde tactique se focalise sur la comparaison des interactions non-covalentes réalisées entre la protéine et le ligand afin d’améliorer la sélection de molécules potentiellement actives lors de criblages virtuels, et de rechercher de nouveaux fragments moléculaires, structuralement différents mais partageant le même mode d’interaction. / Understanding the interactions between a drug and its target protein is crucial in order to guide drug discovery. Indeed, this process involves many parameters that need to be analyzed separately to better understand their effects.We propose two new approaches to observe protein/ligand relationships. The first focuses on the comparison of cavities formed by binding sites that can accommodate a small molecule. This method allows to infer the function of a protein but also to predict the accessibility of a binding site for a drug. The second method focuses on the comparison of non-covalent interactions made between the protein and the ligand to improve the selection of potentially active molecules in virtual screening, and to find new molecular fragments, structurally different but sharing the same mode of interaction.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-09-02T14:22:40Z No. of bitstreams: 1 patriciadealmeidamachado.pdf: 2264339 bytes, checksum: daac1876462208aa982df4724ffcd524 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-09-06T14:17:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 patriciadealmeidamachado.pdf: 2264339 bytes, checksum: daac1876462208aa982df4724ffcd524 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-06T14:17:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 patriciadealmeidamachado.pdf: 2264339 bytes, checksum: daac1876462208aa982df4724ffcd524 (MD5) Previous issue date: 2013-02-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O objetivo deste trabalho foi avaliar a atividade leishmanicida de análogos de alcalóides marinhos e bioisósteros do resveratrol em L. amazonensis. Foram testados 12 análogos de alcalóides marinhos 3-alquil piridinas e 7 biosósteros do resveratrol, sendo 4 complexados a ouro, em formas promastigotas de L. amazonensis e em macrófagos peritoneais. Em ambos os casos, a viabilidade celular foi avaliada pelo método colorimétrico do MTT. Os compostos que apresentaram significante atividade antipromastigota e foram seletivos para o parasito, em comparação com a célula hospedeira, foram testados em amastigotas intracelulares de L. amazonensis, cujo efeito dos compostos foi avaliado pela contagem das formas intracelulares. Além disso, foi coletado o sobrenadante para a dosagem de óxido nítrico (NO), através do método de Griess. A maioria dos compostos testados apresentou efeito antipromastigota, destacando os compostos 4 e 5 do grupo dos análogos de alcalóides marinhos, com CI50 de 1,07 e 1,09 µM, respectivamente. Em relação à série dos bioisósteros do resveratrol, destacam-se aqueles complexados a ouro, sendo o composto 17 o mais ativo (CI50 de 5,18 µM). Todos os compostos que foram testados em amastigotas apresentaram atividade, destacando-se, o composto 10 (CI50 = 0,27 µM), dentre os análogos de alcalóides marinhos, e o composto 19, da série dos bioisósteros do resveratrol complexados a ouro (CI50 = 5,77 µM). A maioria dos análogos de alcalóides marinhos mostrou significante toxicidade em macrófagos peritoneais, enquanto somente dois bioisósteros do resveratrol complexados a ouro foram tóxicos para a célula hospedeira. No entanto, todos os compostos testados em amastigotas apresentaram significante seletividade pelo parasito em seu estágio intracelular. Com relação à especificidade das moléculas, os análogos marinhos foram específicos para amastigotas, sugerindo que o alvo desses compostos é exclusivo desse estágio, já a maioria dos bioisósteros do resveratrol complexados a ouro mostraram efeito semelhante em formas promastigotas e amastigotas de L. amazonensis, sugerindo alvos comuns desses compostos nos dois estágios do parasito. Nenhum dos compostos testados induziu significante produção de NO por macrófagos infectados com L. amazonensis, sugerindo que essa molécula não está diretamente relacionada ao efeito antiparasitário. Em resumo, o trabalho mostrou que os compostos testados possuem significativo potencial leishmanicida e abrem perspectivas para estudos em modelos in vivo, bem como estudo do mecanismo de ação. / The aim of this study was to evaluate the leishmanicidal activity of marine alkaloid analogues and bioisosteres of resveratrol in L. amazonensis. We tested 12 3alkylpyridine marine alkaloid analogues of and 7 bioisosteres of resveratrol, 4 complexed to gold, in promastigotes of L. amazonensis and in peritoneal macrophages. In both cases, the viability of the cells was checked using the MTT colorimetric method. Compounds with significant antipromastigote activity and selectivity by the parasite, when compared to the host cell, were tested on intracellular amastigotes of L. amazonensis, which effect of the compounds was determined by counting the number of intracellular parasites. Supernatant was also collected for measure of the nitric oxide (NO), by the Griess method. Most compounds showed antipromastigote effect, especially compounds 4 and 5 of the marine alkaloid analogues, with IC50 of 1.07 and 1.09 µM, respectively. Regarding the bioisosteres of resveratrol, the gold complex 17 was the most active (IC50 of 5.18 µM). All compounds tested in amastigotes exhibited activity, including the compound 10 (IC50 = 0.27 µM), among marine alkaloid analogues, and the compound 19, among gold complexes with bioisosteres of resveratrol (IC50 = 5.77 µM). Most marine alkaloid analogues showed significant toxicity in peritoneal macrophages, while only two bioisosteres of resveratrol complexed to gold were toxic to host cell. However, all compounds tested in amastigotes showed significant selectivity for intracellular parasite. Regarding the specificity of the molecules, marine analogues were specific to amastigote forms, suggesting that the target of these compounds is unique to this stage, while most of bioisosteres of resveratrol complexed to gold showed similar effect on promastigotes and amastigotes of L. amazonensis, suggesting common targets of these compounds in both stages of the parasite. None of compounds induced significant NO production by L. amazonensis-infected macrophages, suggesting that this molecule is not directly related with the antiparasitic effect. In summary, the study showed that the compounds have significant potential leishmanicidal and encourages in vivo studies, as well as the action mechanism.

<p>U&nbsp; radu&nbsp; su&nbsp; ostvarene&nbsp; vi&scaron;efazne&nbsp; sinteze&nbsp; većeg&nbsp; broja&nbsp; analoga&nbsp; prirodnih&nbsp; stiril-laktona&nbsp; (+)-goniofufurona&nbsp; i&nbsp; 7-epi-(+)-goniofufurona&nbsp; polazeći&nbsp; iz&nbsp; D-glukoze.<br />Ispitana&nbsp; je&nbsp; in&nbsp; vitro&nbsp; citotoksičnost&nbsp; sintetizovanih&nbsp; analoga&nbsp; prema&nbsp; devet<br />malignih&nbsp; i&nbsp; jednoj&nbsp; zdravoj&nbsp; ćelijskoj&nbsp; liniji.&nbsp; Uspostavljeni&nbsp; su&nbsp; korelacioni&nbsp; odnosi<br />izmedju&nbsp; strukture&nbsp; i&nbsp; antiproliferati vne&nbsp; aktivnosti&nbsp; sintetizovanih&nbsp; proizvoda, pored&nbsp; toga&nbsp; uradjeni&nbsp; su&nbsp; i&nbsp; dodatni&nbsp; biolo&scaron;ki&nbsp; testovi&nbsp; koji&nbsp; se&nbsp; odnose&nbsp; na dokazivanje&nbsp; mehanizma&nbsp; citotoksičnog&nbsp; dejstva&nbsp; pomenutih&nbsp; stiril-laktona&nbsp; i analoga.</p> / <p>Multistep&nbsp; synthesis&nbsp; of&nbsp;&nbsp; a&nbsp; number&nbsp; of&nbsp; natural&nbsp; styryl&nbsp; lactones&nbsp;goniofufurone&nbsp; and&nbsp; 7-epi-goniofufurone&nbsp; analogues&nbsp; was&nbsp; achieved&nbsp;starting&nbsp; f rom&nbsp; D-glucose.&nbsp; In&nbsp; vitro&nbsp; cytotoxicity&nbsp; of&nbsp; newly&nbsp; synthetized analogues&nbsp; against&nbsp; nine&nbsp; human&nbsp; tumour&nbsp; cell&nbsp; lines&nbsp; and&nbsp; against&nbsp; a single normal cell line was evaluated. Structure-activity relationships were&nbsp; established&nbsp; for&nbsp; both&nbsp; natural&nbsp; products&nbsp; and&nbsp; analogues.&nbsp; Some additional&nbsp; biological&nbsp; tests&nbsp; related&nbsp; to&nbsp; the&nbsp; cell mechanisms&nbsp; underlying the&nbsp; cytotoxicity&nbsp; of&nbsp;&nbsp; the&nbsp; mentioned&nbsp; styryl&nbsp; lactones&nbsp; and&nbsp; analogues, were also carried out.</p>