A tuberculose (TB) é uma das maiores causas de morte por infecção no mundo, sendo que, em 2015, registraram-se 10,4 milhões de novos casos. O agente etiológico da doença, o Mycobacterium tuberculosis (Mtb), apresenta altos níveis de resistência frente aos quimioterápicos disponíveis para o tratamento da TB. Além disso, a terapia atual da doença explora poucos alvos essenciais ao Mtb. Neste sentido, explorar novos alvos, essenciais ao crescimento e sobrevivência da micobactéria é de grande interesse e poderia gerar fármacos mais efetivos, eficazes contra cepas resistentes e a forma latente da TB. Para este fim, o presente trabalho propôs o desenvolvimento de inibidores da enzima fosfopanteteína adenililtransferase (PPAT), a qual possui caráter regulatório na via de biossíntese da Coenzima A (CoA) da micobactéria. Inicialmente, propuseram-se 50 estruturas de potenciais inibidores da PPAT de M. tuberculosis (MtPPAT), baseando-se na estrutura de seu substrato, a fosfopanteteína, e na estrutura do sítio ativo da enzima. Em seguida, propuseram-se outros 28 ligantes. A fim de se prever as potenciais complementaridades entre os 78 inibidores propostos e o sítio ativo da MtPPAT, empregou-se a estratégia de docking. Posteriormente, realizaram-se cálculos semi-empíricos, com os complexos dos ligantes que se mostraram mais interessantes nas simulações de docking, a fim de se obter informações sobre a entalpia de interação dos ligantes com o sítio ativo da MtPPAT. A partir dos resultados obtidos nos estudos computacionais, selecionaram-se os inibidores que se mostraram mais promissores. A síntese destes ligantes e a de seus fragmentos foi realizada. Avaliaram-se a atividade microbiológica in vitro, bem como a citotoxicidade dos ligantes sintetizados. Alguns dos compostos sintetizados apresentaram atividade frente às cepas sensíveis e resistentes do Mtb na casa de micromolar. Todos os compostos ativos não foram considerados citotóxicos. A fim de validar o planejamento e o alvo dos possíveis inibidores, verificando a atividade inibitória desses frente à enzima MtPPAT, realizou-se a produção e purificação da enzima. Por fim, realizaram-se ensaios de inibição enzimática frente à MtPPAT, os quais permitiram a identificação dos primeiros inibidores da enzima já descritos, com atividade na casa de micromolar, validando-se o alvo em questão. / Tuberculosis is one of the major causes of death by infection worldwide. In 2015, 10.4 thousand new cases of the disease were registered. The tuberculosis\' causing agent Mycobacterium tuberculosis presents high levels of resistance for the available chemotherapy. Thereof, exploit new M. tuberculosis targets is of utmost importance to overcome drug resistant tuberculosis. In this sense, the enzyme phosphopantetheine adenylyltransferase (PPAT) generates scientific interest since it displays a regulatory role in the M. tuberculosis coenzyme A (CoA) biosynthesis. Therefore, the purpose of the present study was the development of M. tuberculosis PPAT (MtPPAT) inhibitors. Initially, 50 potentially MtPPAT inhibitors were designed based on MtPPAT\'s substrate and the enzyme\'s active site. After preliminary results, more 28 compounds were designed. Docking simulations were performed with the 78 compounds synthesized, leading to the prediction of the interaction between the proposed inhibitors and MtPPAT active site. Latelly, semi-empirical calculations were performed with the most promising compounds. These calculations were carried out to obtain information about the enthalpy interactions between compounds and MtPPAT active site. Computational studies led to the selection of the most promising inhibitors. Those compounds and some of their fragments were synthesized, purified, and characterized. The synthesized compounds had their in vitro microbiological activity and cytotoxicity evaluated. Some of the synthesized compounds showed activity against the Mtb sensitive and resistant strains in micromolar range. Besides that, the active compounds were not considered cytotoxic. To validate the potential inhibitors\' design and evaluate their capacity to inhibit MtPPAT, the enzyme was produced and purified. MtPPAT inhibitory assays were performed, leading to the first inhibitors of the enzyme, with activity in micromolar range, validating the target.

A serotonina e a histamina são duas das mais importantes aminas biogênicas do organismo. Regulam série de funções fisiológicas, como fluxo sanguíneo, temperatura corpórea, sono, fome, liberação de hormônios, comportamento afetivo e humor, entre outras. Assim, há grande interesse no planejamento e desenvolvimento de fármacos que interferem na transmissão serotoninérgica e histaminérgica, para futura aplicação como antidepressivos, antipsicóticos, ansiolíticos e anorexígenos, além de perifericamente, apresentarem possíveis ações antiinflamatórias. O objetivo deste trabalho é apresentar a síntese de compostos contendo os núcleos pirrolquinolínico, benzoindólico e benzodiidrofurânico com potencial atividade ligante nos receptores 5-HT2C e H4, assim como avaliar a seletividade desses compostos em comparação aos receptores 5-HT2A/B e H3. Sintetizou-se série de compostos utilizando reações de alilação, adição à carbonila, termociclização, rearranjo de Claisen, iodociclização e substituição nucleofílica para a obtenção dos compostos finais. Estudos de otimização de síntese por metodologia de superfície de resposta também são apresentados, assim como estudos de relações quantitativas entre estrutura química e atividade biológica de compostos ligantes dos receptores 5-HT2C e H4. / Serotonin and histamine are two major biogenic amines in the body. They regulate several physiological functions such as blood flow, body temperature, sleep, hunger, hormone release, emotional behavior and mood, among others. Thus, there is great interest in the design and development of drugs that interfere with serotoninergic and histaminergic transmission, for future use as antidepressants, antipsychotics, anxiolytics and anorectic, and peripherally, possible anti-inflammatory actions. The aim of this work is to present the synthesis of compounds containing the pyrroloquinoline, benzoindole and benzodihydrofurane nucleus with potential binding activity to 5-HT2C and H4 receptors, as well as to evaluate the selectivity of these compounds in comparison to 5-HT2A/B and H3. Series of compounds were synthesized using allylation, carbonyl addition, thermal cyclization, Claisen rearrangement, iodocyclization and nucleophilic substitution reactions. Optimization studies for the synthesis using response surface methodology are also presented, as well as quantitative structure-activity relationships studies of ligands of 5-HT2C and H4 receptors.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-10-23T17:15:13Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Karlla Gonçalves Macedo - 2014.pdf: 3559333 bytes, checksum: be77b4325f787c0048a0c9a15e8c800b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2015-10-23T17:16:49Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Karlla Gonçalves Macedo - 2014.pdf: 3559333 bytes, checksum: be77b4325f787c0048a0c9a15e8c800b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-23T17:16:49Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Karlla Gonçalves Macedo - 2014.pdf: 3559333 bytes, checksum: be77b4325f787c0048a0c9a15e8c800b (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-08-05 / Drug discovery and development process requires high investments of both time and money. Strategies for drug design aided by computers, CADD (Computer-Aided Drug Design) have gained prominence over the last decades, in order to minimize the impact of those costs. CADD techniques also allow the exploration of a greater number of biological targets and promising molecules. Malaria is an endemic disease in Africa and in South American caused by the protozoa of the genus Plasmodium. In 2012, 207 million cases and 627,000 deaths were estimated, according to the World Health Organization. The enzyme dihydroorotate dehydrogenase (DHODH) catalyzes the fourth step of the pyrimidine biosynthesis, and consists in a validated target for the design of new antimalarial agents. The aim of this study was to develop structure-activity relationships (SAR) rules and to generate quantitative structure-activity relationships (QSAR) models using a set of triazolopyrimidines described in the literature as inhibitors of DHODH from P. falciparum (PfDHODH). SAR rules were established using methods of clustering, activity cliffs and activity landscapes. In addition, several models of 2D-QSAR and hologram QSAR (HQSAR) were developed and validated. The SAR analyses allowed the understanding of the basic structural requirements for the antimalarial activity of triazolopyrimidines, like alkyl halides substituents on the triazolopimidinic ring, hydrophobic substituents in the para position on the benzene ring, all in agreement with the chemical space inside the active site of the PfDHODH. The HQSAR and 2D-QSAR models showed good statistical parameters and good predictive ability. The HQSAR contour maps were also consistent with the chemical space of the active site of the enzyme. The results of this study could serve as guide for the design of new antimalarials with higher potency. / O processo de planejamento e desenvolvimento de novos fármacos é um trabalho complexo, que demanda elevados investimentos de tempo e dinheiro. Estratégias de planejamento de fármacos auxiliadas por computador, CADD (Computer-Aided Drug Design) vêm se destacando, pois minimizam gastos e tempo, além de poder explorar um número maior de alvos biológicos e moléculas promissoras. A malária é uma doença endêmica grave na África e América do Sul, causada por protozoários do gênero Plasmodium. Em 2012 foram estimados 207 milhões de casos e 627.000 mortes, de acordo com a Organização Mundial da Saúde. A enzima diidroorotato desidrogenase (DHODH) atua na quarta etapa da biossíntese de pirimidinas, é um alvo validado para o planejamento de novos agentes antimaláricos. O objetivo geral deste trabalho foi desenvolver regras de relação entre estrutura e atividade (SAR) e modelos robustos e preditivos de relações quantitativas entre estrutura e atividade bidimensionais (QSAR-2D), utilizando um conjunto de triazolopirimidinas descritas na literatura como inibidores da DHODH de P. falciparum (PfDHODH). Foram desenvolvidas regras de SAR utilizando os métodos de análise de agrupamentos, cliffs de atividade e landscapes de atividade. Além disso, desenvolveu-se e validou-se vários modelos de QSAR–2D e de holograma QSAR (HQSAR). As análises de SAR, permitiram estabelecer requisitos estruturais essenciais para a atividade antimalárica das triazolopirimidinas, como substituintes haletos de alquila no anel triazolopimidínico, substituintes hidrofóbicos na posição para no anel benzênico, todos de acordo com o espaço químico da cavidade de interação da PfDHODH. Os modelos de HQSAR e QSAR-2D apresentaram bons parâmetros estatísticos e boa capacidade preditiva. Os mapas de contribuição de HQSAR também estão de acordo com o espaço químico da cavidade de interação da PfDHODH. Os dados obtidos servem como guia para o planejamento de novos antimaláricos com maior potência.

Submitted by Marlene Santos (marlene.bc.ufg@gmail.com) on 2014-11-13T17:53:26Z No. of bitstreams: 2 dissertacao - Cleber Camilo de Melo Filho - 2014.pdf: 4135177 bytes, checksum: 8cda88d9da11bbe2de5d43dbb24799a9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Jaqueline Silva (jtas29@gmail.com) on 2014-11-17T15:09:35Z (GMT) No. of bitstreams: 2 dissertacao - Cleber Camilo de Melo Filho - 2014.pdf: 4135177 bytes, checksum: 8cda88d9da11bbe2de5d43dbb24799a9 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-17T15:09:35Z (GMT). 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The dependence of the parasite on a single system for ROS detoxification, makes the SmTGR a promissing target in the development of new schistosomicidal drugs. Facing the need for development of new drugs against schistosomiasis, quantitative structure activity relationships (QSAR) studies were carried out for a series of oxadiazoles-2-oxides reported in literature as SmTGR inhibitors. Hologram-QSAR (HQSAR) analysis, a two-dimensional QSAR method (2D-QSAR), was performed. Furthermore comparative molecular field analysis (CoMFA) and comparative similarity indices analysis (CoMSIA), that are three-dimensional QSAR (3D-QSAR), were also carried out. In 3D-QSAR methods, two partial charge calculation methods were used: the empirical method Gasteiger-Hückel and the semiempirical method AM1-BCC. Two alignment strategies were also tested, one based on molecular volume superposition and the other based on a morphological similarity function. The QSAR models generated showed great robustness and external predictivity and can be used to predict the biological activity of new compounds inhibitors of SmTGR. The contribution and contour maps showed important structural information about oxadiazoles-2-oxides that was used for the design of new SmTGR inhibitors. / A esquistossomose é uma doença tropical negligenciada (DTN) que afeta grande número de indivíduos, principalmente em áreas tropicais. Esta doença é causada por vermes platelmintos do gênero Schistosoma, que possuem como hospedeiros intermediários os caramujos do gênero Biomphalaria. O fármaco mais utilizado no tratamento atualmente é o praziquantel, que devido à grande disseminação do seu uso, traz preocupações quanto ao desenvolvimento de resistência. A enzima tioredoxina glutationa redutase de Schistosoma mansoni (SmTGR) desempenha um papel importante na detoxificação de espécies reativas de oxigênio (ROS), permitindo a sobrevivência dos parasitos por muito tempo na circulação sanguínea, protegendo-os do sistema imune do hospedeiro. A dependência do parasito de um único sistema para detoxificação de ROS, torna a SmTGR um alvo promissor no desenvolvimento de novos fármacos esquistossomicidas. Frente à necessidade de se desenvolver novos fármacos contra esquistossomose, foram realizados estudos quantitativos da relação entre estrutura e atividade (QSAR) para uma série de oxadiazóis-2-óxidos reportados na literatura como inibidores de SmTGR. Foi realizada análise de holograma-QSAR (HQSAR), que é um método de QSAR bidimensional (QSAR-2D). Além disso, foram utilizadas a análise comparativa de campos moleculares (CoMFA) e a análise comparativa dos índices de similaridade molecular (CoMSIA), que são métodos de QSAR tridimensional (QSAR-3D). Nos métodos de QSAR-3D foram utilizados dois métodos de cálculo de cargas parciais: o método empírico Gasteiger-Hückel e o semi-empírico AM1-BCC. Foram também testadas duas estratégias de alinhamento, uma baseada na sobreposição de volumes moleculares e outra baseada em uma função de similaridade morfológica. Os modelos de QSAR gerados demonstraram boa robustez e preditividade externa e foram usados para predição da atividade biológica de novos compostos inibidores de SmTGR. Os mapas de contribuição e de contorno obtidos forneceram informações estruturais importantes a respeito dos oxadizóis-2-óxidos, que foram utilizadas no planejamento de novos inibidores da SmTGR.

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-27T11:23:07Z No. of bitstreams: 2 Tese - Rodolpho de Campos Braga - 2015.pdf: 15048949 bytes, checksum: 8c5fe5ec8f286e33101963872c33d8d5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2016-09-27T11:26:29Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Tese - Rodolpho de Campos Braga - 2015.pdf: 15048949 bytes, checksum: 8c5fe5ec8f286e33101963872c33d8d5 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-27T11:26:29Z (GMT). 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Furthermore, it was recently shown that inhibition of CYP51 of L. donovani is essential for the growth of the parasite, and therefore, is a validated target for the development of new leishmanicidal drugs. The aim of this work was the development and implementation of integrated strategies in medicinal chemistry to identify new bioactive compounds against L. infantum using CYP51 enzyme as molecular target. For this, we compiled, integrated and prepared the largest publicly available data sets related to CYP51 and phenotypic assays for Leishmania infantum amastigotes. Virtual screening models (VS) were constructed and extensively validated and applied to filter over 1 million of commercial compounds. The best models for VS were ROCS (LBDD) and pharmacophore (SBDD), with an area under the ROC curve (AUC) values of 0.86-0.90. The consensus between the two models had greater performance, with AUC of 0.93 and high recognition ability active ligands in the top 1% hits. Quantitative structure-activity relationship (QSAR) models robust and predictive were generated and validated for L. infantum (amastigote forms). The models were able to discriminate inactive active compounds with correct classification rate (CCR) values of 0.77 to 0.95 when evaluated for the external validation set. After the virtual screening, QSAR models were used to assist in the final selection of the compounds to be experimentally evaluated. This strategy allowed the identification of 12 compounds that were selected and acquired for in vitro assays against Leishmania (L.) infantum (MHOM / BR / 1972 / LD) in promastigote and amastigote forms, and determination of selectivity/cytotoxicity in NCTC in mammalian cells. Of the twelve compounds tested, six of them showed 50% inhibitory concentration (IC50) values raging from 3.48 to 58.94 μM and were more potent than the standard drug meglumine antimoniate, which is the drug of choice for the treatment of all forms of leishmaniasis. Three most promising compounds (LabMol-007, LabMol-009 and LabMol-012), had activity in leishmanicidal as amastigote and selectivity index promising (IC50 < 5.21 μM and selectivity index > 6.8) and were selected as new hits. We analyzed the parasite metabolic changes in the presence of known CYP51 inhibitors and new inhibitors using HR-MAS NMR 1H . We observed major changes in the energetic metabolism, amino acids catabolism, sterol biosynthesis, purine biosynthesis and thiol-redox system of the parasite. The three hit compounds identified in this work will continue in the drug development process, being necessary to carry out in vivo studies, elucidation of the mechanism of action, hit optimization, as well as the study of pharmacokinetic properties and toxicity. / Tendo em vista o quadro alarmante da leishmaniose visceral no Brasil e no mundo, especialmente devido ao crescente número de casos de resistência e aos poucos medi- camentos disponíveis, é imprescindível a busca de novas alternativas terapêuticas para esta parasitose. O sequenciamento completo do genoma das principais espécies de Leish- mania abriu grandes possibilidades no entendimento desses organismos e iniciou a era pós-genômica da descoberta de fármacos contra tripanossomatídeos. Nesse contexto, destaca-se a enzima 14 a-esterol desmetilase (CYP51) de Leishmania, que é especial- mente envolvida na biossíntese do ergosterol, principal esterol de membrana e vital para o parasito. Além disso, recentemente foi demonstrado que a inibição da CYP51 de L. donovani é essencial para o crescimento do parasito, sendo, portanto, um alvo validado para o desenvolvimento de novos fármacos leishmanicidas. O objetivo geral deste trabalho foi o desenvolvimento e a aplicação de estratégias integradas em Química Medicinal para a identificação de novas substâncias bioativas contra L. infantum, utilizando a enzima CYP51 como alvo molecular. Para isso, foram compilados, integrados e preparados os maiores conjuntos de dados disponíveis publicamente relacionados a CYP51 e a ensaios fenotípicos para Leishmania spp. Modelos de triagem virtual (VS) foram construídos, exaustivamente validados e aplicados para filtrar uma quimioteca com mais de 1 milhão de compostos comerciais. Os melhores modelos para a VS foram o ROCS (LBDD) e o farmacofórico (SBDD), com valores de área sob a curva ROC (AUC) de 0,86-0,90. O consenso entre esses dois modelos foi superior com valor de AUC de 0,93 e alta capacidade de reconhecimento de ligantes ativos no topo de 1% hits. Modelos de relação quantitativa entre estrutura e atividade (QSAR) robustos e preditivos foram gerados e validados para um conjunto de dados de compostos com atividade contra L. infantum (formas amastigota). Os modelos de QSAR foram capazes de discriminar compostos ati- vos de inativos com uma taxa de acerto (CCR) de 0,77-0,95, quando avaliados utilizando o conjunto de validação externa. Após a triagem virtual, os modelos de QSAR foram usados para auxiliar na seleção final dos compostos a avaliados experimentalmente. Essa estratégia permitiu a identificação de 12 compostos que foram selecionados e adquiridos para realização de ensaios de atividade biológica in vitro contra Leishmania (L.) infantum (MHOM/BR/1972/LD) em formas promastigotas e amastigotas, e determinação de sele- tividade/citotoxidade em células mamíferas NCTC. Dos doze compostos testados, seis deles apresentaram valores de concentração inibitória de 50% (IC50) entre 3,48-58,94 μM e foram mais potentes que o fármaco padrão antimoniato de meglumina, que é o fármaco de primeira escolha para o tratamento de todas as formas de leishmaniose. Três compostos mais (LabMol-007, LabMol-009 e LabMol-012) tiveram atividade em leishmanicida na forma amastigota e índice de seletividade bastante promissores (IC50 < 5,21 μM e índice de seletividade > 6,8) e foram selecionados como novos hits. Analisou-se as alterações metabólicas do parasito na presença inibidores conhecidos de CYP51 e dos novos inibi- dores, empregando-se RMN HR-MAS 1H. Foram observadas alterações principais nas vias de metabolismo energético, catabolismo de aminoácidos, biossíntese de esteróis, metabolismo purinas e no sistema tiol-redox do parasito. Os três hits identificados neste trabalho prosseguirão no processo de desenvolvimento de novos fármacos, sendo necessá- ria a realização de estudos in vivo, elucidação do mecanismo de ação, otimização dos hits, além do estudo de propriedades farmacocinéticas e toxicidade.

A doença de Chagas, uma infecção causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi, é um grave problema de saúde pública. Atualmente, cerca de dez milhões de pessoas em todo o mundo estão infectadas, sendo que a situação é mais crítica na América Latina, onde a doença é endêmica. A necessidade de novas alternativas terapêuticas é grande, pois os fármacos disponíveis apresentam sérias limitações, como baixa eficácia e alta toxicidade. A enzima cruzaína, uma cisteíno-protease essencial à sobrevivência do parasita, é considerada um importante alvo para o desenvolvimento de novos agentes antichagásicos. Neste trabalho, o objetivo foi o desenvolvimento de novos inibidores da enzima cruzaína empregando como modelo um composto hit (1) com propriedades anti-T. cruzi. Este inibidor competitivo (um derivado imidazólico), que apresenta elevada potência e afinidade contra a enzima alvo (IC50 = 1 &micro;M e Ki = 120 nM, respectivamente), foi identificado em trabalhos anteriores de nosso grupo por meio da integração de técnicas computacionais (triagem virtual) e experimentais (avaliação bioquímica in vitro). A presente proposta de planejamento molecular, empregando métodos de química medicinal, levou a investigação de padrões estruturais explorando a complementaridade entre as moléculas pequenas e os resíduos de aminoácidos dos subsítios da cruzaína. Um conjunto promissor de 38 compostos foi planejado, sintetizado e avaliado em ensaios in vitro frente à enzima cruzaína e posteriormente, contra o parasita. Entre os derivados do composto hit (1), que apresentaram valores de IC50 contra a enzima alvo na faixa nano- e micromolar, destaca-se o composto 14 (IC50 = 120 nM e Ki = 20 nM), um inibidor competitivo, potente e de alta afinidade contra a enzima alvo, que também apresentou atividade in vitro e in vivo contra o parasita. A integração de métodos experimentais e computacionais foi útil no processo de otimização de inibidores inéditos da cruzaína. As relações entre a estrutura e atividade obtidas são de grande relevância para o desenvolvimento de candidatos a novos fármacos para a terapia da doença de Chagas. / Chagas´ disease, an infection caused by Trypanosoma cruzi, is a serious public health problem. Currently, about ten million people are infected worldwide, and the situation is more critical in Latin America, where the disease is endemic. The need for new therapies is urgent, since the drugs available have serious limitations, such as low efficiency and high toxicity. The cruzain enzyme, an essential cysteine protease for the parasite survival is considered an important target for the development of new antichagasic agents. In this work, the goal was the development of new cruzain inhibitors based on modifications of a hit compound (1) with properties anti-T. cruzi. This competitive inhibitor (an imidazole derivative), shows high affinity and potency (IC50 = 1 &micro;M and Ki = 120 nM, respectively), and was identified in a previous work in our group by integrating computational techniques (virtual screening) and experimental (in vitro biochemical evaluation). The proposed molecular design, employing methods of medicinal chemistry, aimed to investigate structural patterns exploiting the complementarity between small molecules and amino acid residues of the subsites of cruzain. A promising set of 38 compounds was designed, synthesized and evaluated in in vitro assays against the cruzain enzyme and subsequently against the parasite. Among the derivatives of the hit compound (1), which had IC50 values against the target enzyme in the nano- and micromolar range, the compound 14 (IC50 = 120 nM and Ki = 20 nM), a potent and high affinity competitive inhibitor against cruzain showed activity in vitro and in vivo against the parasite. This work illustrates the importance of the integration of experimental and computational methods in the optimization process of novel cruzain inhibitors. The structure-activity relationship studies revealed in this work are useful for the development of new drug candidates for the treatment of Chagas´ disease.

A doença de Chagas é uma infecção causada pelo protozoário intracelular Trypanosoma cruzi. Atualmente 7 a 8 milhões de pessoas encontram-se infectadas, e há 25 milhões de pessoas em áreas de risco de contaminação. A cada ano ocorrem 56.000 novos casos e, aproximadamente, 12.000 mortes por complicações oriundas da doença. É endêmica em 21 países da América do Sul, e pode ser encontrada, também, na América do Norte e Europa devido a processos migratórios. Somente dois fármacos estão disponíveis para o tratamento da doença de Chagas, o nifurtimox e o benznidazol, que são ativos somente na fase aguda e causam sérios efeitos adversos. Diante deste panorama, é eminente a necessidade de novos antichagásicos. A enzima cruzaína é a principal cisteíno-protease presente no T. cruzi, é importante para a sobrevivência, diferenciação e entrada do parasita no hospedeiro, se apresentando como um excelente alvo biológico na busca de novos quimioterápicos. Derivados de semicarbazona, tais como o nitrofural e o hidroximetilnitrofural demonstraram atividade inibitória da cruzaína, sendo considerados protótipos na busca de antichagásicos. Utilizando estratégias modernas de planejamento de fármacos por meio da integração entre técnicas computacionais, modelagem molecular e docking, e experimentais, síntese e ensaios biológicos, realizou-se neste trabalho o planejamento, síntese e avaliação biológica de bioisósteros do nitrofural como candidatos à antichagásicos. Aplicou-se estudos de modelagem molecular e docking para 10 compostos derivados de aminoguanidina, semi e tiossemicarbazona; observamos nesses estudos que os compostos contendo tiossemicarbazona apresentaram resultados mais favoráveis ao mecanismo de ação proposto, o qual sugere-se um ataque nucleofílico do resíduo de Cys25 presente no sítio catalítico da enzima cruzaína à tiocarbonila presente nesses compostos. Obtiveram-se através da síntese, 6 compostos caracterizados por RMN 1H e 13C. Tais compostos foram submetidos a ensaios de inibição da cruzaína, sendo que os derivados 6, 9 e 10, apresentaram um perfil de inibição favorável em dose de 100 &#181;M, com valores entre 70 e 75% de inibição. Em ensaio de inibição de crescimento celular em formas epimastigotas do T. cruzi o composto 9 apresentou um IC50 de 19,8 &#181;M, sendo o melhor protótipo para desenvolvimento de um novo agente antichagásico. De uma maneira geral os resultados obtidos nos ensaios biológicos corroboram com os dados apresentados na modelagem molecular, uma vez que os compostos contendo a cadeia lateral tiossemicarbazona mostraram melhores resultados em ambos os testes, demonstrando que a integração entre técnicas computacionais e experimentais se apresenta como uma excelente estratégia na busca de novos agentes antichagásicos. / Chagas disease is an infection caused by the intracellular protozoan Trypanosoma cruzi. Currently 7 million to 8 million people are infected, and there are 25 million people in areas at risk of contamination, with 56,000 new cases each year and roughly 12,000 deaths are related to Chagas complications. It is endemic in 21 countries in South America, and can also be found in North America and Europe due to migration processes. Only two drugs are available for treatment of Chagas disease, nifurtimox and benznidazole, which are active only in the acute phase and cause serious adverse effects. Against this background, it is imminent need for new antichagasic. The enzyme cruzain is the major cysteine protease present in the T. cruzi, is important for the survival, differentiation and entry of the parasite in the host, presenting itself as an excellent biological target in the search for new chemotherapeutic agents. Semicarbazone derivatives, such as nitrofurazone and hydroxymethylnitrofurazone showed inhibitory activity cruzain being considered prototypes in search antichagasic. Using modern drug design strategies through the integration of computational techniques, molecular modeling and docking, and experimental synthesis and biological assays. In this work were performed design, synthesis and biological evaluation of the bioisosters nitrofurazone as candidates for antichagasic. Were applied molecular modeling and docking studies for ten derivatives compounds of aminoguanidine, semi and thiosemicarbazone. In these studies thiosemicarbazone derivatives compounds showed more favorable for the mechanism of action proposed, that suggest a nucleophilic attack of the Cys25 residue present in the catalytic site of the enzyme cruzain in the thiocarbonyl group. Six compounds were synthesized and characterized by 1H and 13C NMR. These compounds were tested for inhibition of cruzain, and derivatives 6, 9 and 10 showed favorable enzyme inhibition at single dose of 100 &#181;M, with values between 70 and 75%. In the inhibition assay of cell growth in epimastigotes forms of T. cruzi, the compound 9 showed an IC50 of 19.8 &#181;M, the best prototype for the development of a new antichagasic agent. In general the results obtained by biological assay corroborate the data presented in molecular modeling, since compounds containing side chain thiosemicarbazone showed better results in both tests, showing that the integration of experimental and computational techniques is presented as a excellent strategy in the search for new agents antichagasic

A doença de Chagas, causada pelo Trypanosoma cruzi, é uma doença tropical que aflige milhões de pessoas, gerando consequências sócio-econômicas devastadoras. Ela tem sido considerada uma doença tropical super-negligenciada, já que os únicos fármacos disponíveis para o seu tratamento apresentam baixa eficácia e causam vários efeitos colaterais. Além disso, os mesmos foram introduzidos há mais de três décadas. Com esse cenário, é evidente a necessidade da descoberta, desenvolvimento e introdução de novos fármacos para o tratamento eficiente e seguro da doença de Chagas. A enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH) é um alvo biomacromolecular atraente para a descoberta de novos fármacos contra os tripanossomatídeos, em virtude das enzimas da via glicolítica exercerem um papel fundamental no fornecimento de energia para a sobrevivência do parasito. Essa enzima foi selecionada neste trabalho de tese para a realização de estudos em química medicinal com base em quiminformática com o objetivo de identificar potenciais inibidores enzimáticos e do T. cruzi. Na primeira etapa desta tese, o ensaio virtual baseado na estrutura do alvo (SBVS) foi usado na identificação e seleção dos compostos. Como resultado do planejamento in silico, vinte compostos foram selecionados e avaliados experimentalmente na segunda etapa do trabalho empregando a técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC). Destes, onze inibiram a GAPDH de T. cruzi resultando numa elevada taxa de acerto (>= 20%). Os novos inibidores apresentam excelente eficiência do ligante (LE), bem como mostram ligeira seletividade pela enzima do parasito. O ensaio dos inibidores contra a forma tripomastigota do T. cruzi identificou dois compostos capazes de inibir essa forma infectiva e um deles também mostrou ser um potente inibidor da forma amastigota do parasito, além de apresentar baixa toxidez. As duas melhores classes de inibidores da GAPDH e do parasito foram selecionadas para o estabelecimento de relações quantitativas entre a estrutura química e a atividade biológica (QSAR). Estudos de QSAR 2D (HQSAR) forneceram modelos com elevada capacidade preditiva e proporcionaram a identificação de características estruturais importantes para a otimização dos ligantes a compostos-matrizes. / Chagas disease, caused by Trypanosoma cruzi, is a tropical disease, which afflicts millions of people, thus generating devastating socio-economic consequences. It has been pointed out that it is a super-neglected tropical disease, based on available drugs with low efficacy and that give rise to many side effects. In addition, these drugs were introduced three decades ago. With this scenario, it is clear the necessity of the discovery, development and introduction of new efficient drugs to treat Chagas disease. The enzyme glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase is a promising target for the development of new drugs against trypanosomatides, since the enzymes of the glycolytic pathway display a fundamental role in the energy supply to parasite survival. In this thesis, this enzyme was selected for medicinal chemistry within the cheminformatics framework aiming at the identification of potential enzymatic and parasite inhibitors. In the first part, structure-based virtual screening (SBVS) methods were employed in the selection and identification of compounds. Based on the in silico design, twenty compounds were selected and experimentally evaluated in the second part using the isothermal titration calorimetry (ITC) technique. Out of these, eleven compounds inhibited the T. cruzi GAPDH, resulting in high hit rates (>= 20 %). The new selected inhibitors display excellent ligand efficiency (LE), as well as some selectivity for the parasite enzyme. The inhibitors assay against the trypomastigote form of T. cruzi was used to identify two compounds able to inhibit this infective form, and one showed to be a strong amastigote parasite inhibitor, also disclosing low cytotoxicity profile. The best two classes of GAPDH and parasite inhibitors were selected for the establishment of a quantitative structure-activity relationship (QSAR). 2D QSAR (HQSAR) studies resulted in linear models with high predictive power, amenable for the identification of important structural features in the process of hit-to-lead optimization.

Em 1968, um composto do tipo 5-nitroimidazol, o megazol, foi sintetizado por Berkelhammer e Asato e demonstrou largo espectro de ação biológica. Em 1980, pesquisadores brasileiros determinaram excelente atividade desta molécula contra o Tripanosoma cruzi, em ratos, por via oral. Constam da literatura quatro rotas para a obtenção deste fármaco, que podem ser otimizadas no tocante ao aumento da produtividade e minimização dos riscos. A nova rota, ora proposta, é uma alternativa para a síntese do megazol, realizada somente em três etapas de fácil execução, abrindo caminho para obtenção de seus análogos estruturais. / In 1968, Berkelhammer and Asato synthesized a compound of the 5-nitroimidazole group, called megazol. This compound demonstrated a high biological activity. In 1980, brazilian researchers tested the megazol in mices and they discovered an excellent activity of this against Chagas\' disease. There are four routes to synthesize these compound indicated in the literature. Actually, these routes can be optimized to achieve the yield and minimization of the risks involved in the unitary processo The new route proposed is an alternative to obtain the megazol in only three stages of easy perform. This method makes way to structural analogues of this drug.

Submitted by Ramon Santana (ramon.souza@ufpe.br) on 2015-03-05T12:53:18Z No. of bitstreams: 2 tese - 25-03-13.pdf: 2653654 bytes, checksum: bede8978fec54acad5daaad33d93837e (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-05T12:53:18Z (GMT). No. of bitstreams: 2 tese - 25-03-13.pdf: 2653654 bytes, checksum: bede8978fec54acad5daaad33d93837e (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / Infecções bacterianas têm aumentado drasticamente nos últimos anos, afetando milhões de pessoas em todo mundo, resultando em elevadas taxas de morbidade e mortalidade, especialmente nos países em desenvolvimento. A resistência microbiana resulta na busca de novos agentes antimicrobianos, mais potentes e menos tóxicos. O avanço nas pesquisas de novas substâncias terapeuticamente úteis para cura ou controle dessas enfermidades tem resultado na produção de novos fármacos com largo espectro de ação biológica. Derivados tiazolidínicos e tiazólicos, têm se destacado por apresentarem propriedades bioativas. A literatura refere-se aos compostos tiazolidínicos e tiazólicos como heterociclos potencialmente ativos, com ação antimicrobiana e antiproliferativa. Com este potencial, e por apresentarem, aplicação em síntese orgânica, derivados da tiazolidina-2,4-diona, da 4-tioxo-tiazolidina-2-ona e tiazólicos foram obtidos por substituição de hidrogênios do anel heterocíclico através da reação de alquilação com cloretos de benzila, tionação com reativo de Lawesson e condensação com aldeídos aromáticos nas posições 3, 4 e 5 respectivamente. Os derivados tiazólicos foram produzidos por reação de ciclização da tiouréia com haletos de acetofenonas substituídas, em meio ácido com pH ajustado. As reações seguintes ocorreram por condensação de benzaldeídos substituídos com o grupo amina da posição 2 do anel tiazólico. Após a purificação, os derivados apresentaram rendimentos variados entre 20 e 94% e foram caracterizados por métodos espectroscópicos convencionais como RMN1H, RMN13C, IV e Análise elementar, revelando consistência com as estruturas esperadas. Os derivados 5-arilideno-4-tioxo-tiazolidina-2-ona (IIIa-f) apresentaram relevante atividade antimicrobiana em comparação com as séries da 5-(arilideno substituído)-tiazolidina-2,4-diona (IVa-f), 3-benzil-substituído-tiazolidina-2,4-diona (Va-b) e 5-arilideno-3-benzil-tiazolidina-2,4-diona (VIa-g) sintetizadas. Isto demonstrou a importância do bioisosterismo na síntese orgânica. Apesar de não realizadas as curvas com IC50, dos derivados tiazólicos, alguns revelaram importante ação inibitória celular (citotoxicidade) para células proliferativas derivadas de carcinomas humanos como: HEP-2 (epidermóide de laringe) HT29 (de cólon), MCF- 7 (de mama) e NCI H-292 (de pulmão).