Planejamento, síntese e avaliação biológica de inibidores de falcipaína 2 como candidatos a antimaláricos / Design, synthesis and biological evaluation of falcipain 2 inhibitors as candidates for antimalarials

A malária, doença causada pelo protozoário do gênero Plasmodium, está entre as doenças que mais causam mortes os países subdesenvolvidosn. O hospedeiro é infectado por meio da picada do mosquito do gênero Anopheles, que introduz o parasita durante a hematofagia. As formas mais graves são causadas pelo Plasmodium vivax e o Plasmodium falciparum. As regiões mais afetadas por estas formas são África Subsaariana, Ásia, América Central e Sul. Desde o começo do século XXI, a Organização Mundial de Saúde (OMS) busca erradicar a doença, porém o P.falciparum se mostrou resistente aos fármacos antimaláricos existentes, dificultando a eficácia do tratamento. Isto, entre outros fatores, como mortalidade e alto índice de infecção, tornam necessárias novas pesquisas para a descoberta de novos fármacos mais seguros e eficazes contra a malária. Estudos têm mostrado como um alvo promissor para a criação de novos antimaláricos, a cisteína protease falcipaína, a qual se apresenta em três isoformas no parasita, sendo elas, falcipaína 1, 2 e 3. A falcipaína 2 está ligada com a hidrólise da hemoglobina, e seus inibidores vem sendo estudados como alternativas na busca de agentes antimaláricos. Derivados de semicarbazona, tais como o nitrofural e o hidroximetilnitrofural demonstraram atividade inibitória de cisteíno proteases parasitárias. Utilizando estratégias modernas de planejamento de fármacos e por meio da integração entre técnicas computacionais e experimentais, realizou-se o planejamento, síntese e avaliação biológica de compostos derivados dos ditiocarbazatos e tiossemicarbazonas, bioisosteros de semicarbazona, como inibidores da cisteíno protease falcipaína 2, no intuito de obter novos antimaláricos. Aplicaram-se técnicas de modelagem molecular em três séries de compostos (A, B e C), sendo a A e B derivados dos ditiocarbazatos e a C das tiossemicarbazonas. Estes estudos sugerem, três compostos da série A, quatro na série B e três na C com maior potencial para inibição da falcipaína 2. Isso devido aos resultados teóricos indicarem condições favoráveis ao ataque nucleofílico da cisteína 42 catalítica da falcipaína 2 às tiocarbonilass presentes nos compostos planejados. Estes derivados foram sintetizados, analisados por espectroscopia de ressonância magnética de 1H e 13C, espectroscopia de IV, ponto de fusão e pureza caracterizando sua formação. Após a obtenção, os compostos foram enviados para ensaios biológicos frente ao parasita P. falciparum. Os compostos testados não apresentaram inibição, porém é sabido que muitos inibidores enzimáticos não são ativos contra o parasita mesmo tendo alta potência contra a enzima, isto devido às barreiras a serem ultrapassadas até chegar ao alvo bioquímico, deste modo faz-se necessário ensaios contra a enzima para validar nossa hipótese

Malaria, a disease caused by the protozoan of the genus Plasmodium, is among the most deadly diseases in poor countries. The host is infected through the bite of the mosquito of the genus ,i>Anopheles, which introduces the parasite during hematophagy. The most severe forms are caused by Plasmodium vivax and Plasmodium falciparum. The regions most affected by these forms are Sub-Saharan Africa, Asia, Central and South America. Since the beginning of the 21st century, the World Health Organization (WHO) has sought to eradicate the disease, but P. falciparum has been resistant to antimalarial drugs treatment. Among other factors, such as mortality and high infection rates, new research is needed to find new, safer and more effective drugs against malaria. Studies have shown as a promising target for the creation of new antimalarial drugs, the cysteine protease falcipain, which is present in three isoforms in the parasite: falcipain 1, 2 and 3. Falcipain 2 is linked to the hydrolysis of hemoglobin, and its inhibitors have been studied as alternatives in the search for antimalarial agents. Derivatives of semicarbazone such as nitrofural and hydroxymethylnitrofural demonstrated inhibitory activity of parasitic cysteine proteases. Using modern strategies for drug design and the integration of computational and experimental techniques, the design, synthesis and biological evaluation of compounds derived from dithiocarbazates and thiossemicarbazones, semicarbazone biosynthesis as inhibitors of cysteine protease falcipain 2 were carried out in order to new antimalarials. Molecular modeling studies were performed in three series of compounds (A, B and C), with A and B being derived from dithiocarbazates and C from thiossemicarbazones. These studies suggest three compounds in the A series, four in the B series, and three in the C group with the greatest potential for inhibition of falcipain 2. This is due to the theoretical results indicating favorable conditions for the nucleophilic attack of the catalytic cysteine of falcipain 2 on thionyls present in the compounds planned. These derivatives were synthesized, analyzed by 1H and 13C magnetic resonance spectroscopy, IR spectroscopy and melting point, characterizing their formation. After being obtained, the compounds were sent for biological assays against the P. falciparum parasite. The compounds tested did not show inhibition, but it is known that many enzyme inhibitors are not active against the parasite even though they have high potency against the enzyme, this is due to the barriers to be overcome until reaching the biochemical target, thus enzyme to validate our hypothesis

Aplicação de planejamento baseado na estrutura do receptor na busca de inibidores de cisteíno-proteases parasitárias (cruzaína (T. cruzi) e PCB (Leishmanioses) / Structure-based virtual screening in the search of parasitic cysteine-proteases inhibitors

Doenças causadas por agentes infecciosos e parasitários são chamadas negligenciadas por não despertarem interesse das indústrias farmacêuticas para o desenvolvimento de novas alternativas terapêuticas. Essas doenças são responsáveis por levar milhões de pessoas à morte todos os anos e afetam principalmente os países pobres e em desenvolvimento. Dentre estas, a doença de Chagas e as leishmanioses, parasitoses causadas por parasitas flagelados pertencentes à família Trypanosomatidae, T. cruzi e Leishmaina sp., respectivamente, se apresentam como um sério problema de saúde pública mundial. Endêmicas em vários países e causando milhões de mortes anualmente, ainda hoje não existem fármacos eficientes e seguros para o tratamento dessas doenças. Este panorama torna eminente a necessidade de pesquisa e desenvolvimento de novos fármacos para essas parasitoses. A busca por agentes quimioterápicos envolve a seleção de vias metabólicas essenciais à sobrevivência dos parasitas. Dentre estas, destacamse cisteíno-proteases presentes nesses tripanossomatídeos, deste modo a cruzaína no T. cruzi, e a CPB2.8 na Leishmania mexicana, se mostram como alvos bioquímicos promissores. A disponibilidade de estruturas cristalográficas da cruzaína e do sequenciamento genômico da CPB2.8, nos permite utilizar estratégias de planejamento de fármacos baseado no receptor (SBDD) na identificação de candidatos a fármacos para essas doenças. Entre as técnicas modernas de SBDD utilizadas, a triagem virtual possibilita identificar promissores candidatos a novos fármacos. Assim neste trabalho, obteve-se por meio da técnica de modelagem comparativa o modelo da enzima CPB2.8 de L. mexicana, visto a indisponibilidade da estrutura cristalográfica no Protein Data Bank (PDB). De modo a refinar o modelo construído realizou-se a simulação por dinâmica molecular de 100ns, apresentando estabilização a partir de 80ns. A simulação por dinâmica molecular foi validada por meio do gráfico de Ramachandran, gráfico de raio de giro, RMSD, gráfico de superfície hidrofóbica. Foram calculados os mapas de interação molecular no programa GRID das seguintes proteínas: cruzaína, CPB2.8, catepsina B e catepsina L, e, posteriormente, foi construído um modelo farmacofórico baseado no sítio ativo das enzimas cruzaína e CPB2.8. O modelo farmacofórico da cruzaína foi validado por curva ROC apresentando valor de AUC 61%. A triagem virtual foi realizada para ambas as proteínas e foram obtidos 369 compostos para a cuzaína e 225 compostos para a CPB2.8. Foi realizado o ancoramento molecular desses compostos obtidos pela triagem virtual a fim de diminuir a quantidade de compostos a serem avaliados experimentalmente

Neglected diseases are caused by parasites and infectious agents and affect mainly people in poor areas being prevalent in 149 countries and causing 534,000 deaths per year. Among neglected diseases we can highlight Chagas Disease and Leishmaniasis, both have a high rate of morbidity and mortality and both are addressed in this project in the search of new drugs against a NTD. Nowadays, the search for new drugs involves the selection of biological pathways essential for parasite survival, in this class of parasites we can suggest the cysteine proteases, a proteases family present in Trypanosoma cruzi and and Leishmania ssp. In order to obtain a new agent against Neglected Disease in this work was obtained the model of the enzyme CPB2.8 of L. mexicana using the comparative modeling technique, due to the unavailability of the crystallographic structure in the Protein Data Bank (PDB). In order to refine the constructed model was performed the molecular dynamics simulation of 100ns, stabilization was achieved from 80ns. Molecular dynamics simulation was validated using the Ramachandran graph, radius of rotation graph, RMSD, hydrophobic surface area graph. The molecular interaction fields were calculated in the GRID program to cruzain, CPB2.8, cathepsin B and cathepsin L. Based on molecular interaction fields generated pharmacophoric models were constructed using information about the active site of the enzymes cruzain and CPB2.8. The pharmacophoric model of cruzain was validated by ROC curve presenting AUC value of 61%. Virtual screening was performed for both proteins and 369 compounds were obtained for cuzain and 225 compounds for CPB2.8. Docking studies of these compounds was performed in order to decrease the amount of compounds to be evaluated experimentally