Orientador: Marinônio Lopes Cornélio / Banca: Marcelo Andrés Fossey / Banca: Valdecir Farias Ximenes / Resumo: Piplartina é um alcalóide amida presente em raízes e caules de diferentes espécies de pimentas do gênero Piper. Este composto apresenta várias propriedades farmacológicas promissoras, tais como: antidepressiva, ansiolítica, genotóxica, citotóxica, antiangiogê- nico, antimetastático, entre outras; destaca-se sua propriedade anti-cancerígena, pois este composto demonstra efeito anti-proliferativo maior em células alteradas do que em cé- lulas normais. Estudos têm determinado os parâmetros farmacocinéticos da piplartina em plasma de rato, através de administração via intraperitoneal, porém, sem detalhar qualquer alvo molecular ou descrever as forças físico-químicas da interação. Este estudo foi realizado para compreender a interação entre piplartina (PPTN) e albumina do soro humano (HSA), que é a proteína predominante no plasma sanguíneo e carreadora de vários fármacos. Essa interação foi investigada através de espectroscopia de fluorescência de estado fundamental, monitorando a emissão de fluorescência do único resíduo de triptofano da HSA (Trp214). Observou-se a formação do complexo HSA-piplartina. A análise do parâmetro termodinâmico indicou que o processo ocorre espontaneamente e é entalpicamente dirigido; a constante de afinidade sugere que essa interação é reversível. As análises de deslocamento do marcador de sítio e do método função densidade de ligação indicaram que a piplartina liga sobre um único sítio da HSA, o qual foi sugerido como o subdomínio IIA / Piplartine is an alkaloid amide present in roots and stems of different peppers species of the genus Piper. This compound has several promising pharmacological properties, such as: antidepressant, anxiolytic, genotoxic, cytotoxic, antiangiogenic, antimetastatic, among others; Its anticancer property is highlighted, because this compound does demonstrate greater anti-proliferative effect in altered cells than in normal cells. Studies have determined the pharmacokinetic parameters of piplartine in rat plasma by intraperitoneal administration, however, without pointing any molecular target or describing the physicochemical forces of the interaction. This study was conducted to understand the interaction between piplartine (PPTN) and human serum albumin (HSA), which is the predominant protein in blood plasma and carrier of various drugs. This interaction was investigated through steady-state fluorescence spectroscopy, monitoring the fluorescence emission of the single tryptophan residue of HSA (Trp214). It was observed the complex HSA-piplartine formation. The thermodynamic parameter analysis indicates that the process occurs spontaneously and it is enthalpically driven; the affinity constant suggests that this interaction is reversible. It was indicated by the binding density function method and by the site marker displacement analysis that the piplartine binds on HSA at single site, which was determined like the IIA sub-domain / Mestre

A piplartina (PPT) ou piperlongumine é um produto natural da classe dos alcaloides encontrada em espécies da família Pipereaceae. Devido a sua alta potência e seletividade na inibição de diversas linhagens de células tumorais, a PPT têm sido investigada como um potencial candidato à fármaco. Neste contexto, estudos relacionados à sua toxicidade e segurança devem ser realizados, incluindo a determinação do papel das enzimas do Citocromo P450 (CYP450) sobre o metabolismo da PPT. Esta família de enzimas é responsável pela biotransformação de cerca de 75% dos fármacos presentes no mercado. Os estudos pré-clínicos que visam avaliar o metabolismo podem ser realizados empregando modelos in vitro como uma ferramenta para predição de características farmacocinéticas in vivo. Assim, o presente estudo teve como objetivo a avaliação do perfil metabólico da PPT frente as enzimas do CYP450 empregando-se estudos in vitro com microssomas hepáticos humanos (HLM) e a posterior predição de parâmetros farmacocinéticos. Estes estudos incluíram a determinação de parâmetros enzimáticos, estudos de inibição da PPT sobre as principais isoformas do CYP450, elucidação estrutural de metabólitos gerados com a reação de metabolismo e, finalmente, estudos de fenotipagem enzimática. A metodologia geral de estudo de metabolismo in vitro envolveu o uso de técnicas cromatográficas acopladas a diversos detectores/analisadores, tais como arranjo de diodos, espectrometria de massa e ressonância magnética nuclear. O metabolismo foi avaliado pela medida da taxa de desaparecimento da PPT do meio microssomal. Após validação da metodologia para quantificação da PPT e determinação das condições de velocidade inicial de reação, um perfil sigmoidal foi obtido, indicando o metabolismo da PPT por enzimas contendo múltiplos sítios ativos e/ou catálise por diversas enzimas concomitantemente. Os parâmetros cinéticos calculados foram Vmax = 5,5 ± 0,5 nmol mg proteína-1 min-1, S50 = 127,70 ?mol L-1 e Coeficiente de Hill (h) = 3. O clearance intrínseco obtido foi de 22,68 ?L min -1 mg -1. A fração não ligada às proteínas plasmáticas e microssomais foi de 0,07 e 0,76, respectivamente. O clearance in vivo predito foi de 19,79 mL min -1 kg -1, o clearance hepático de 1,89 mL min -1 kg -1 e extração hepática de 0,09. Dentre quatro isoformas avaliadas, CYP3A, CYP2C9, CYP2D6 e CYP1A2, a PPT demonstrou um potencial em causar interação produto natural-medicamento apenas sobre a CYP1A2. A PPT é um inibidor competitivo dose-dependente da CYP1A2, apresentando um valor de Ki de 1,5 ?mol L-1. A razão [I]/Ki obtida de 9,1 prediz uma interação relevante in vivo. Além disso, a PPT apresentou uma inibição tempo-dependente sobre a CYP1A2 com valores de KI de 8 ?mol L-1 e kinact de 0,014 min-1. A inibição dose-, ii NADPH- e tempo-dependente confirmam uma inibição baseada no mecanismo em que o modo pelo qual a PPT liga-se à enzima é irreversível. Baseado nos dados obtidos pelas análises por espectrometria de massa e ressonância magnética nuclear, quatro metabólitos gerados após metabolismo da PPT com HLM tiveram suas estruturas propostas. Assim, foram caracterizados os metabólitos M1 (produto de uma desmetilação na posição meta do anel 3,4,5-trimetoxicinâmico), M2 (produzido por uma epoxidação entre o C3 e C4 do anel lactâmico), M3 (gerado através de uma oxidação no C5 do anel lactâmico) e, finalmente, M4 (produto de uma reação transdiidrodiol entre C3 e C4). O metabólito M4 é formado tardiamente (após 40 min de reação) e provavelmente é um metabólito secundário produzido a partir de M2 através de uma reação trans-diidrodiol. O estudo de fenotipagem demonstrou que as principais isoformas que contribuem para o metabolismo da PPT são a CYP1A2 (formação de M1) e a CYP3A4 (formação de M2 e M3). O emprego das isoformas recombinantes demonstrou a formação de M4 a partir da catálise por diversas isoformas, CYP2C19, CYP2C8, CYP2D6, CYP2B6 e CYP2E1. Portanto, o perfil metabólico do candidato a agente antitumoral PPT frente às enzimas do CYP450 foi demonstrado neste trabalho, proporcionando aspectos relacionados à segurança e eficácia desta substância. Os dados apresentados certamente servirão como guia em estudos clínicos futuros / Piplartine (PPT) or Piperlongumine is a naturally occurring alkaloid found in species of Pipereaceae family. Due its high potency and selectivity of inhibition of several cancer cell lines, PPT has been investigated as a potential drug candidate. In this context, studies related with toxicity and safety should be performed, including the role of the Cytochrome P450 (CYP450) enzymes in PPT metabolism. This family of enzymes is responsible for the biotransformation of 75% of the drugs in the market. The preclinical studies that aim to evaluate the drug metabolism can be performed by employing in vitro models as a tool for prediction of in vivo pharmacokinetic characteristics. Therefore, the aim of this work was to evaluate the metabolic profile of PPT after metabolism by CYP450 enzymes employing in vitro studies with human liver microsomes (HLM) and the ensuing prediction of pharmacokinetic parameters. These studies embraced the kinetic parameters determination, inhibition ability of PPT over the most important CYP450 isoforms, structural elucidation of the produced metabolites after metabolism reaction and, finally, the enzymatic phenotyping study. The general procedure for in vitro metabolism studies consisted of the use of chromatographic techniques coupled to different detectors/analyzers, such as diode array, mass spectrometry and nuclear magnetic resonance. The metabolism was evaluated measuring the rate of disappearance of the PPT from de microsomal medium. After method validation for PPT quantification and determination of initial velocity conditions, the enzymatic kinetics with a sigmoidal profile indicating a metabolism of PPT by enzymes with multiple active sites and/or metabolism by multiple CYP450 enzymes was observed. The following parameters were calculated: Vmax = 5.5 ± 0.5 nmol/mg protein/min, S50 = 127.7 ?mol/L, and Hill coefficient of 3.0. The intrinsic clearance was 22.68 ?L min -1 mg -1. The unbound fraction of PPT on plasmatic and microsomal proteins was 0.07 and 0.76, respectively. The predicted in vivo clearance was 19.79 mL min -1 kg -1, the hepatic clearance was 1.89 mL min -1 kg -1 and the hepatic extraction was 0.09. Among 4 isoforms evaluated, CYP3A, CYP2C9, CYP2D6 and CYP1A2, a potential natural product-drug interaction for only CYP1A2 isoenzyme by PPT was observed. PPT showed to be a competitive and dosedependent inhibitor of CYP1A2, showing a Ki value of 1.5 ?mol L-1. The ratio [I]/Ki of 9.1 predicts an important in vivo interaction. Furthermore, a time-dependent inhibition of CYP1A2 with a KI of 8 ?mol L-1 and a kinact of 0.014 min-1 by PPT was demonstrated. The dose-, time- and NADPH-dependent inhibition confirms an inhibition based on mechanism through an irreversible bond. Based on results obtained from the mass spectrometry analysis and from the nuclear magnetic resonance analysis, four metabolites were identified and characterized. The metabolites characterized were: M1 (product of a demethylation in the 3,4,5-trimethoxyphenyl portion, M2 (derived from an epoxidation between C3 and C4 on the lactone ring), M3 (product of a simple oxidation on C5 of lactone ring), and finally M4 (derived from a dihydrodiol reaction between C3 and C4). The metabolite M4 is produced later (after 40 min of reaction) and probably is a secondary metabolite produced from M2 through a dihydrodiol reaction. The phenotyping study demonstrated that the main isoforms involved in PPT metabolism are CYP1A2 (production of M1) and CYP3A4 (production of M2 and M3). The recombinant isoforms study demonstrated that several isoforms (CYP2C19, CYP2C8, CYP2D6, CYP2B6 and CYP2E1) catalyze the production of M4. In summary, a wide view about the metabolism of the promising drug candidate PPT by CYP450 enzymes was accomplished. These results, certainly, will be a useful guide for further clinical studies of PPT

Pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) is among the most lethal malignancies because it is often diagnosed at a late disease stage and has a poor response rate to currently available treatments. Therefore, it is critical to develop new therapeutic approaches that will enhance the efficacy and reduce the toxicity of currently used therapies. Here we aimed to evaluate the therapeutic potential and mechanisms of action for piperlongumine (PL), an alkaloid from long pepper, in PDAC models. We postulated that PL causes PDAC cell death through oxidative stress and complements the therapeutic efficacy of chemotherapeutic agents in PDAC cells. First, we determined that PL is one of the most abundant alkaloids with antitumor properties in the long pepper plant. We also showed PL in combination with gemcitabine, a chemotherapy agent used to treat advanced pancreatic cancer, reduced tumor weight and volume compared to vehicle-control and individual treatments. Further, biochemical analysis, including RNA sequencing and immunohistochemistry, suggested that the antitumor activity of PL was associated with decreased cell proliferation, induction of cell cycle arrest, and oxidative stress-induced cell death. Moreover, we identified that c-Jun N-terminal kinase (JNK) inhibition blocks PL-induced cell death, translocation of Nrf2, and transcriptional activation of HMOX1 in PDAC. Finally, high-throughput drug and CRISPR screenings identified potential targets that could be used in combination with PL to treat PDAC cells. Collectively, our data suggests that cell cycle regulators in combination with PL might be an effective approach to combat pancreatic cancer. / NIH

Submitted by Caroline de Freitas Zanon (carolfzanon@yahoo.com.br) on 2018-07-19T18:02:39Z No. of bitstreams: 1 TESE VERSAO FINAL.pdf: 2398136 bytes, checksum: a2ce0aa2c7a816d48d27d6f13d6a0fec (MD5) / Rejected by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: Problema 01) As páginas pré-textuais não estão na ordem correta, a ordem correta das páginas pré-textuais (capa, folha de rosto, ficha catalográfica, folha de aprovação, dedicatória, agradecimentos, epígrafe, resumo na língua vernácula, resumo em língua estrangeira, listas de ilustrações, de tabelas, de abreviaturas, de siglas e de símbolos e sumário). Problema 02) Nos agradecimentos consta também a FAPESP, então deve constar o nome dela também na folha de rosto e de aprovação com o número de processo e nos agradecimentos precisa constar o número do processo também, é norma do convênio, coloque também os números do processo da CNPQ. Problema 03) No repositório você colocou o nome de Caroline de Freitas Zanon e na tese está Caroline de Freitas Zanon de Carvalho, se esse é o seu nome atual por favor coloque também este nome no repositório. Sua submissão será rejeitada para que você possa fazer as correções Lembramos que o arquivo depositado no repositório deve ser igual ao impresso, o rigor com o padrão da Universidade se deve ao fato de que o seu trabalho passará a ser visível mundialmente. Agradecemos a compreensão. on 2018-07-19T19:04:58Z (GMT) / Submitted by Caroline de Freitas Zanon de Carvalho (carolfzanon@yahoo.com.br) on 2018-07-21T14:52:58Z No. of bitstreams: 1 TESE VERSAO FINAL.pdf: 2394414 bytes, checksum: 6f54895bda93635e996f95a66bf389be (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-07-23T13:58:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 carvalho_cfz_dr_sjrp.pdf: 2370535 bytes, checksum: d8d49b7c960d1ac32653f9d268eda5df (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-23T13:58:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 carvalho_cfz_dr_sjrp.pdf: 2370535 bytes, checksum: d8d49b7c960d1ac32653f9d268eda5df (MD5) Previous issue date: 2018-06-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os avanços recentes nos mecanismos de inflamação e a descoberta de vários mediadores endógenos anti-inflamatórios levaram a novas investigações sobre as possibilidades terapêuticas. A demonstração, em estudos científicos, da ação anti-inflamatória da proteína anexina A1 (ANXA1) e do seu peptídeo mimético Ac2-26, têm sido fonte de sucesso para o desenvolvimento de novos fármacos. A descoberta da interação biofísica da piplartina (PL) com a região N-terminal da ANXA1 abriu um novo e instigante campo de investigação para o nosso grupo de pesquisa. Diante destas considerações, o objetivo do presente trabalho foi investigar a atuação da PL nas células endoteliais da veia umbilical humana (HUVEC), ativadas pelo lipopolissacarídeo (LPS). Ainda, se a interação Ac2-26/PL influência nas ações anti-inflamatórias da PL, favorecendo ou atenuando os seus efeitos nos processos inflamatórios. Inicialmente foi utilizada a Espectroscopia de Absorbância UV-Vis e de Fluorescência para investigar as interações entre o ligante PL e Ac2-26. In vitro, as células HUVEC foram ativadas pelo LPS (10 μg/mL), nos tempos de 8, 24, 48 e 72 horas, seguido pelos tratamentos com Ac2-26 (1µM) e/ou PL (10µM), demonstrando resultados expressivos em 24 e 72 horas. Os efeitos foram avaliados nos seguintes aspectos: proliferação celular, viabilidade celular, dosagens da quimiocina MCP-1 e das citocinas IL-8 e IL-1β e expressão da proteína α-tubulina. A presença de um anel trimetoxiaromático na estrutura da PL, o que pode favorecer uma interação com a tubulina, motivou as análises de Western blotting, as quais demonstraram que a PL inibiu a síntese da proteína endógena α-tubulina, em todas as condições experimentais. Nossos resultados mostraram efeitos pró-proliferativos do peptídeo Ac2-26 e, por outro lado, antiproliferativos e pró-apoptóticos da PL. Os níveis das citocinas pró-inflamatórias confirmaram o papel anti-inflamatório do Ac2-26 nas células ativadas pelo LPS, com redução dos níveis de MCP-1 e IL-8, em 24 horas. O tratamento PL reduziu os níveis de MCP-1 nas células ativadas pelo LPS, e aumentou IL-8, inclusive no tratamento associado Ac2-26/PL. Em conjunto, os resultados com as células HUVEC indicam que a PL inibe a proliferação por meio da ativação da apoptose celular, regulada pela inibição da polimerização da α-tubulina e dos níveis elevados da citocina IL-8. A PL e o Ac2-26 mostraram ações anti-inflamatórias, e a interação Ac2-26/PL parece ser neutra em relação às propriedades anti-inflamatórias da PL. / Recent advances in inflammation mechanisms and the discovery of several endogenous anti-inflammatory mediators have led to further investigations into the therapeutic possibilities. The demonstration, in scientific studies, of the annexin A1 protein (ANXA1) anti-inflammatory action and its peptide mimetic Ac2-26, have been a source of success for the development of new drugs. The discovery of the biophysical interaction of piplartin (PL) with the N-terminal region of ANXA1 opened a new and exciting field of investigation for our research group. In view of these considerations, the objective of the present study was to investigate the role of PL in lipopolysaccharide (LPS) activated human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). Also, if the interaction Ac2-26/PL influences the anti-inflammatory actions of PL, favoring or attenuating its effects on inflammatory processes. Initially, UV-Vis Absorbance Spectroscopy and Fluorescence were used to investigate the interactions between the PL ligand and Ac2-26. In vitro, HUVEC cells were activated by LPS (10 μg/mL) at 8, 24, 48 and 72 hours, followed by treatments with Ac2-26 (1μM) and/or PL (10μM), demonstrating expressive results in 24 and 72 hours. The effects were evaluated in the following aspects: cell proliferation, cell viability, MCP-1 chemokine and IL-8 and IL-1β cytokines and α-tubulin protein expression. The presence of a trimethoxyaromatic ring in the PL structure, which may favor an interaction with tubulin, motivated Western blotting analyzes, which demonstrated that PL inhibited endogenous α-tubulin protein synthesis in all experimental conditions. Our results showed pro-proliferative effects of the peptide Ac2-26 and, on the other hand, antiproliferative and pro-apoptotic of PL. Proinflammatory cytokine levels confirmed the anti-inflammatory role of Ac2-26 in LPS-activated cells, reducing MCP-1 and IL-8 levels within 24 hours. PL treatment reduced MCP-1 levels in LPSactivated cells, and increased IL-8, including in the treatment associated with Ac226/PL.Taken together, the results with HUVEC cells indicate that PL inhibits proliferation through the activation of cellular apoptosis, regulated by the inhibition of α-tubulin polymerization and elevated IL-8 cytokine levels. PL and Ac2-26 showed anti-inflammatory actions, and the Ac2-26/PL interaction appears to be neutral in relation to the anti-inflammatory properties of PL. / CNPq: 142274/2014 / CNPq UNIVERSAL: 474596/2013-3

Combining chemotherapeutics to treat malignant tumors has been shown to be effectivein preventing drug resistance, tumor recurrence, and reducing tumor size. We modeledcombination drug therapy in PC-3 human prostate cancer cells using mixture design responsesurface methodology (MDRSM), a statistical technique designed to optimize compositions thatwe applied in a novel manner to design combinations of chemotherapeutics. Conventionalchemotherapeutics (mitoxantrone, cabazitaxel, and docetaxel) and natural bioactive compounds(resveratrol, piperlongumine, and flavopiridol) were used in twelve different combinationscontaining three drugs at varying concentrations. Cell viability and cell cycle data werecollected and used to plot response surfaces in MDRSM that identified the most effectiveconcentrations of each drug in combination. MDRSM allows for extrapolation of data fromthree or more compounds in variable ratio combinations, unlike the Chou-Talalay method.MDRSM combinations were compared with combination index data from the Chou-Talalaymethod and were found to coincide. We propose MDRSM as an effective tool in devisingcombination treatments that can improve treatment effectiveness, and increase treatmentpersonalization because MDRSM measures effectiveness rather than synergism, potentiation orantagonism.