A situação da tuberculose (TB) foi alterada de forma significativa pela síndrome de imunodeficiência adquirida (SIDA ou AIDS) e pelo aparecimento de novas cepas do Mycobacterium tuberculosis resistentes ao tratamento quimioterápico, que justificariam a pesquisa de novos agentes antimicobacterianos. Alvos interessantes têm emergido para o planejamento racional de novos fármacos contra a TB, particularmente, considerando processos metabólicos específicos que ocorrem durante a biossíntese da parede celular micobacteriana e que envolvem a síntese de ácidos graxos (FAS-II, fatty acid synthase). O sistema FAS-II constitui diferença bioquímica importante entre mamíferos e micobatérias. A enzima enoil-acp (acyl carrier protein, proteína acil-carregadora) redutase (ENR) é alvo determinante no sistema FAS-II, responsável pela etapa de alongamento dos ácidos micólicos, que são os principais componentes da parede celular do M. tuberculosis. O presente projeto tem como objetivo a aplicação de metodologias do planejamento de fármacos auxiliado por computador, CADD (Computer-Aided Drug Design), em um conjunto de derivados pirrolidina carboxamidas descritos como inibidores potenciais da ENR do M. tuberculosis (InhA) com intuito de mapear o farmacóforo, investigar a orientação dos ligantes no sítio ativo e os tipos de interações que se estabelecem com os resíduos de aminoácidos do sítio de interação. Inicialmente, investigaram-se as relações quantitativas entre estrutura química e atividade biológica (QSAR, quantitative structure-activity relationships) com aplicação de abordagem multivariada. O melhor modelo QSAR indicou que propriedades estruturais, termodinâmicas e eletrônicas devem ser consideradas no processo de planejamento e proposição de novos protótipos potencialmente tuberculostáticos. / The incidence of tuberculosis (TB) disease has significantly changed considering the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) co-infection as well as the emergence of new Mycobacterium tuberculosis strains resistant to the currently chemotherapy. These facts support the search for novel antimycobacterial agents. Interesting targets have been elucidated and could be used for the rational design of new drugs against TB, primarily those related to specific biochemical metabolic pathways that occur during the cell wall biosynthesis, specially involved in the fatty acid synthase (FAS) system. The FAS-II system is an important biochemical difference between mammals and mycobacteria. The enoyl-ACP reductase (ENR) is the key enzyme in the FAS-II system, responsible for the elongation step of mycolic acids, which are the major components in the M. tuberculosis cell wall. This research project aims the application of computer-aided drug design (CADD) methodologies to a set of pyrrolidine carboxamide derivatives, which were previously reported as potential M. tuberculosis ENR (InhA) inhibitors, for mapping the pharmacophore, investigating the ligands\' orientation at the active site and also the interaction types regarding the amino acid residues in the active site. Initially, the quantitative structure-activity relationships (QSAR) were performed applying a multivariate approach. The best QSAR model indicated the structural, thermodynamic, and electronic properties must be taken into account in the design of novel leads as potential antituberculosis agents.

A situação da tuberculose (TB) foi alterada de forma significativa pela síndrome de imunodeficiência adquirida (SIDA ou AIDS) e pelo aparecimento de novas cepas do Mycobacterium tuberculosis resistentes ao tratamento quimioterápico, que justificariam a pesquisa de novos agentes antimicobacterianos. Alvos interessantes têm emergido para o planejamento racional de novos fármacos contra a TB, particularmente, considerando processos metabólicos específicos que ocorrem durante a biossíntese da parede celular micobacteriana e que envolvem a síntese de ácidos graxos (FAS-II, fatty acid synthase). O sistema FAS-II constitui diferença bioquímica importante entre mamíferos e micobatérias. A enzima enoil-acp (acyl carrier protein, proteína acil-carregadora) redutase (ENR) é alvo determinante no sistema FAS-II, responsável pela etapa de alongamento dos ácidos micólicos, que são os principais componentes da parede celular do M. tuberculosis. O presente projeto tem como objetivo a aplicação de metodologias do planejamento de fármacos auxiliado por computador, CADD (Computer-Aided Drug Design), em um conjunto de derivados pirrolidina carboxamidas descritos como inibidores potenciais da ENR do M. tuberculosis (InhA) com intuito de mapear o farmacóforo, investigar a orientação dos ligantes no sítio ativo e os tipos de interações que se estabelecem com os resíduos de aminoácidos do sítio de interação. Inicialmente, investigaram-se as relações quantitativas entre estrutura química e atividade biológica (QSAR, quantitative structure-activity relationships) com aplicação de abordagem multivariada. O melhor modelo QSAR indicou que propriedades estruturais, termodinâmicas e eletrônicas devem ser consideradas no processo de planejamento e proposição de novos protótipos potencialmente tuberculostáticos. / The incidence of tuberculosis (TB) disease has significantly changed considering the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) co-infection as well as the emergence of new Mycobacterium tuberculosis strains resistant to the currently chemotherapy. These facts support the search for novel antimycobacterial agents. Interesting targets have been elucidated and could be used for the rational design of new drugs against TB, primarily those related to specific biochemical metabolic pathways that occur during the cell wall biosynthesis, specially involved in the fatty acid synthase (FAS) system. The FAS-II system is an important biochemical difference between mammals and mycobacteria. The enoyl-ACP reductase (ENR) is the key enzyme in the FAS-II system, responsible for the elongation step of mycolic acids, which are the major components in the M. tuberculosis cell wall. This research project aims the application of computer-aided drug design (CADD) methodologies to a set of pyrrolidine carboxamide derivatives, which were previously reported as potential M. tuberculosis ENR (InhA) inhibitors, for mapping the pharmacophore, investigating the ligands\' orientation at the active site and also the interaction types regarding the amino acid residues in the active site. Initially, the quantitative structure-activity relationships (QSAR) were performed applying a multivariate approach. The best QSAR model indicated the structural, thermodynamic, and electronic properties must be taken into account in the design of novel leads as potential antituberculosis agents.

Submitted by Caroline Xavier (caroline.xavier@pucrs.br) on 2017-05-26T17:50:16Z No. of bitstreams: 1 TES_MARIANE_ROTTA_PARCIAL.pdf: 2374056 bytes, checksum: 0b798c90ce9ab78e6edbfeb524d79d97 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-26T17:50:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TES_MARIANE_ROTTA_PARCIAL.pdf: 2374056 bytes, checksum: 0b798c90ce9ab78e6edbfeb524d79d97 (MD5) Previous issue date: 2016-12-19 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / The cellular milieu is a complex and crowded aqueous solution. It is thus expected that this large concentration of macromolecules causes deviations from solution ideality. To mimic the intracellular environment, crowding effects are commonly studied in vitro using crowding agents. The aim of the present study was to evaluate the effects of macromolecular synthetic crowding agents on the apparent steady-state kinetic parameters (Km, kcat, and kcat/Km) for the chemical reaction catalyzed by 2-trans-enoyl-ACP (CoA) from Mycobacterium tuberculosis (InhA). The results showed that ficoll 70, ficoll 400, and dextran 70 had negligible effects on InhA activity in the range of concentrations used. On the other hand, a complex effect was observed for PEG 6000. Sucrose, which was employed in control experiments, decreased both the kcat/Km values for NADH and kcat for 2-trans-dodecenoyl-CoA (DD-CoA) substrate in a concentration-dependent manner. Molecular dynamics results suggest that InhA adopts a more compact conformer in sucrose solution, which likely accounts for the steady-state kinetic results. The presence of crowding agents appears to alter the relative abundance of different conformers of InhA in solution. The effects of the crowding agents on the energy (Ea and E?), enthalpy (?H#), entropy (?S#), and Gibbs free energy (?G#) of activation were determined. The ?G# values for all crowding agents tested were similar to dilute buffer, suggesting that excluded volume effects did not facilitate stable activated ES# complex formation. Nonlinear Arrhenius plot for PEG 6000 suggests that "soft" interactions may play a role in macromolecular crowding effects. / O meio intracelular ? uma solu??o aquosa complexa, pois ? preenchida por diversos tipos de macromol?culas. Espera-se que essa grande concentra??o de macromol?culas resulte em um comportamento n?o ideal para a solu??o. Para mimetizar o ambiente intracelular, os efeitos do da ocupa??o macromolecular s?o comumente estudados in vitro utilizando agentes de crowding. O objetivo central do presente estudo ? avaliar os poss?veis efeitos de agentes de crowding macromolecular sint?ticos nos par?metros cin?ticos aparentes de estado-estacion?rio (Km, kcat e kcat/Km) para a rea??o qu?mica catalisada pela 2-trans-enoil-ACP(CoA) redutase de Mycobacterium tuberculosis (InhA). Os resultados mostraram que ficoll 70, ficoll 400 e dextran 70 t?m efeitos negligenci?veis na atividade da InhA na faixa de concentra??o utilizada. Por outro lado, um complexo efeito foi observado na presen?a do PEG 6000. A sacarose, que foi utilizada como controle nos experimentos, reduziu os valores de kcat/Km para o NADH e kcat para o 2-trans-dodecenoil-CoA de uma maneira concentra??o-dependente. Os resultados de din?mica molecular sugerem que a InhA adota uma forma mais compacta na presen?a de sacarose, o que provavelmente tem efeitos nos resultados de cin?tica de estado-estacion?rio. A presen?a dos agentes de crowding parece alterar a abund?ncia relativa dos diferentes conf?rmeros da InhA em solu??o. Os efeitos do crowding macromolecular na energia (Ea e E?), entalpia (?H#), entropia (?S#) e energia livre de Gibbs de ativa??o (?G#) foram determinados. Os valores de ?G# para todos os agentes de crowding testados foram similares ao tamp?o Pipes 100 mM, sugerindo que os efeitos do volume exclu?do n?o facilitam a forma??o do complexo ativado est?vel ES#. A n?o linearidade do gr?fico de Arrhenius para o PEG 6000 sugere que intera??es ?brandas? possam atuar nos efeitos do crowding macromolecular.