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Previous issue date: 2015-12-07 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A Esquistossomose é uma doença negligenciada causada por parasitas do gênero
Schistosoma. Segundo a Oganização Mundial da Saúde, mais de 200 milhões de pessoas no
mundo estão infectadas, sendo de 4 a 6 milhões de pessoas somente no Brasil. A principal
forma de tratamento da doença é o uso do medicamento praziquantel, porém, há relatos na
literatura de resistência do parasita ao medicamento. Tal situação levantou a necessidade
pela busca de novos alvos moleculares e novos medicamentos para o tratamento da doença.
Um grupo de proteínas apresentadas como potenciais alvos moleculares de esquistomicidas
é o das NTPDases. Estas enzimas hidrolisam nucleotídeos di e trifosfatados (e.g. ADP
e ATP) em presença de cátions bivalentes, e estão descritas em diferentes organismos.
No parasita Schistosoma mansoni foi descrita uma isoforma de NTPDase ancorada na
membrana plasmática das células do tegumento do verme adulto e conhecida como
SmATPDase1 ou Sm1. Segundo a literatura, esta isoforma é a segunda proteína mais
expressa no tegumento dos vermes adultos. Devido à localização e a importância dos
nucleotídeos di e trifosfatos na ativação hemostática e de células do sistema imunológico,
foi sugerido que a Sm1 estaria envolvida na regulação das concentrações de nucleotídeos
em torno do parasita, o que contribuiria com sua evasão. Baseado nos pressupostos acima,
tem sido proposto o uso da Sm1 como possível alvo molecular de novos esquistomicidas.
Nos mamíferos foram descritas oito isoformas de NTPDases. A isoforma 1 de humanos
(HsNTPDase1), mais conhecida como CD39, está presente nas células do endotélio dos
vasos sanguíneos, sendo responsável pela regulação das concentrações extracelulares de
ATP e ADP. No presente trabalho, apresentamos os modelos 3D da Sm1 e CD39,
construídos por meio da técnica de modelagem por homologia. Devido a semelhança
da estrutura 3D de ambos os modelos, foi necessário realizar uma análise estrutural
comparativa entre as duas enzimas, por meio de simulações de dinâmica molecular e
estudos de docking receptor-ligante. Predição de cavidades foram feitas no modelo da Sm1
a fim de detectar cavidades diferentes do sítio-ativo que pudessem ser usadas em estudos
de docking. Dessa etapa resultou a seleção de duas cavidades, o sítio-ativo e um sítio
alternativo. Em seguida foram realizadas simulações de dinâmica molecular envolvendo
os modelos da Sm1 e CD39, e os moldes PDB3ZX3 e PDB3CJA. Para cada modelo foram
feitas duas simulações, uma com a presença do ANP (análogo do ATP) no sítio-ativo e uma
na ausência do ANP. Em todas as quatro simulações os modelos estão acoplados a uma
membrana do tipo POPC, e o tempo de simulação foi de 32ns. Para os moldes o tempo de
simulação foi 40ns. As simulações mostraram que a região do sítio alternativo apresentou,
no modelo da Sm1 sem o ligante, mudanças na conformação que não foram observadas
na Sm1 com ligante e nas duas simulações envolvendo o modelo da CD39. Isso sugere
que o ligante contribui na estabilização da estrutura da Sm1 e CD39. Também foram
feitas análises de drogabilidade e de agrupamento das conformações geradas ao longo das
simulações envolvendo os modelos. Para as análises de agrupamento foi proposto o uso da
metodologia GLCM, juntamente com o algoritmo K-means. Essas análises tinham como
objetivo selecionar conformações das trajetórias que pudessem ser usadas nos estudos de
docking. Para os estudos de docking foram analisadas a afinidade de três ligantes (ANP,
ARL67153 e praziquantel) no sítio ativo e no sítio alternativo, de ambas as enzimas. Para
o sítio ativo, os melhores resultados foram obtidos com os ligantes ANP e ARL67153, em
todas as simulações. Foi observado que o ARL67153 apresentou resultados similares com
os do ANP. No sítio alternativo os melhores resultados foram obtidos com as conformações
da simulação da Sm1 sem o ANP no sítio ativo, sendo que na CD39 nenhum dos ligantes
foram atracados dentro do sítio. Com relação ao praziquantel, os melhores resultados
foram observados no sítio ativo da Sm1 e CD39. É possível concluir que o sítio alternativo
da Sm1 é uma região que pode ser usada para o atracamento de possíveis inibidores dessa
enzima. / Schistosomiasis is a neglected disease caused by parasites of the genus Schistosoma.
According to the World Health Organization, over 200 million people worldwide were
infected, and 4 to 6 million people only in Brazil. The main treatment is the use of the drug
praziquantel, but there are reports in the literature suggesting the parasite’s resistance
to praziquantel. This situation raised the need for search new molecular targets and new
drugs for treating this disease. A group of proteins as potential targets is NTPDase. These
enzymes hydrolyse nucleotides (e.g., ADP and ATP) in the presence of bivalent cations,
and they are described in different organisms. In the parasite Schistosoma mansoni, an
isoform of NTPDase„ named SmATPDase1 or Sm1, was described as a protein anchored
in the plasma membrane of cells in the seed coat of the adult worm. According to the
literature, this isoform is the most expressed enzyme in the tegument of adult worms.
Due to the location and importance of nucleotide triphosphates in the hemostatic and
activation of immune cells, Sm1 has been suggested to be involved in the regulation of
nucleotide concentrations around the parasite, which could be a mechanism of immune
evasion in schistosomiasis. Based on the above assumptions, it has been proposed the
use of Sm1 as a possible target for new schistosomicide drugs. In mammals have been
described eight isoforms. Isoform 1 of human NTPDase (HsNTPDase1), also known as
CD39, is present in the endothelial cells of blood vessels, and it is responsible for the
regulation of extracellular concentrations of ATP and ADP. In this paper, we present
3D models of Sm1 and CD39, constructed by homology modeling technique. Due to the
similarity of 3D structures of both models, it was necessary to perform a comparative
structural analysis of both enzymes by molecular dynamics simulations and and receptorligand
docking. Cavities prediction were made in Sm1’s model and two cavities were
selected, the active site and an alternative binding site proposed in this work. After,
it was performed molecular dynamics simulations involving models of Sm1 and CD39,
and PDB3ZX3 and PDB3CJA templates. Two simulations were performed for each
model, one in the presence of ANP (ATP analog) in the active-site and other in the
absence. In models’ simulations, structures were coupled to a POPC membrane, and the
simulation time was 32ns. Simulation time for templates was 40ns. Simulations showed
that the alternative site in Sm1 without ANP presented conformational changes which
were not observed in simulations of CD39 and Sm1 with ANP. This suggests that the
presence of ligand in the active site contributes in stabilizing the structure of Sm1 and
CD39. Druggability and clustering analysis were performed with conformations generated
through simulations. In this work, we proposed the use of GLCM methodology with Kmeans
algorithm for clustering analysis, aiming to select conformations from trajectories
that could be used in receptor-ligand docking. We analyzed the affinity of three ligands
(ANP, ARL67153 and praziquantel) in the active site and in the alternative site of Sm1 and
CD39 enzymes. The best results for active site were obtained with ANP and ARL67153
ligands, in all simulations. For alternative site, the best results were obtained with
conformations from the simulation of Sm1 without ANP in the active site. For CD39’s
simulations, none of the ligands were docked within the cavity of alternative site. With
regard to praziquantel, the best results were observed in the active site of Sm1 and CD39.
It is possible to conclude that the alternative site of Sm1 is a region which can be used
for docking of possible inhibitors of this enzyme.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/1139 |
| Date | 07 December 2015 |
| Creators | Nunes, Vinicius Schmitz Pereira |
| Contributors | Goliatt, Priscila Vanessa Zabala Capriles, Borges, Carlos Cristiano Hasenclever, Caffarena, Ernesto Raúl, Dardenne, Laurent Emmanuel, Pinto, Priscila de Faria, Santos, Helio Ferreira dos, Fonseca, Leonardo Goliatt da |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora, Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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