Brasil

Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
Ciências e Biotecnologia (31003010079P0)
NOVOS PROTÓTIPOS DE ANTIVIRAIS BASEADOS EM DITERPENOS DE ALGAS MARINHAS: AVALIAÇÃO DA RELAÇÃO ESTRUTURA-ATIVIDADE E INTERAÇÕES ENZIMA-LIGANTE Dissertação
LEONARDO ALVES MICELI
DISSERTAÇÃO
23/05/2012

A AIDS é uma pandemia responsável por mais de 35 milhões de óbitos em todo o mundo. A maior causa de falha no tratamento da infecção causada pelo HIV é o rápido surgimento de mutações que promovem resistência aos medicamentos utilizados. Os organismos marinhos são fontes de moléculas incluindo algumas que possuem atividade antiviral, atuando como inibidores da transcriptase reversa (TR) do HIV-1 com baixa toxicidade. Dentre estes estão os diterpenos dolabelladienotriol (THD, IC50=16,μM), (6R)-6-hidroxidichotoma-3,14-dieno-1,17-dial (HDD, IC50=10μM) e seu acetato natural, (6R)-6-acetoxidichotoma-3,14-dieno-1,17-dial (ADD, IC50=35μM), isolados de algas pardas brasileiras do gênero Dictyota. Considerando-se o uso atual da modelagem molecular para análise da relação estrutura-atividade (SAR) de moléculas ativas com potencial para novos fármacos, o objetivo desse estudo é avaliar a SAR desses três diterpenos (THD, HDD e ADD) como agentes anti-HIV-1-TR, identificando parâmetros importantes relacionados ao perfil biológico utilizando a modelagem molecular. Para isso, os parâmetros estereoeletrônicos e de toxicidade foram determinados usando os programas SPARTAN’10 e Osiris Property Explorer. A análise in silico revelou uma relação entre a atividade antiviral com o gap (ELUMO-EHOMO), no qual quanto maior o valor de gap, maior o perfil antiviral. Diferentemente, valores maiores de polarizabilidade e de momento de dipolo afetam negativamente esse perfil. Uma vez que o ADD apresenta a maior massa molecular (MM=366Da) e o menor perfil de atividade antiviral, o tamanho da molécula parece influenciar a interação do diterpeno com o sítio específico da TR. Os valores de cLogP e a avaliação das estruturas pela “regra dos cinco” de Lipinski sugerem uma boa disponibilidade oral, enquanto a toxicidade teórica dessas moléculas foi análoga aos dados experimentais prévios, com o THD com toxicidade menor que o HDD, ADD e a nevirapina. Neste trabalho ainda foi realizado o docking desses terpenos na TR utilizando como molde a estrutura cristalográfica do complexo da enzima selvagem com o 9-Cl-TIBO, um inibidor do tipo não-nucleosídeo (NNRTI). Os resultados obtidos no Autodock 4.2 foram avaliados considerando-se três características estruturais (arranjo espacial, similaridade eletrônica e ligações hidrogênio) e permitiu observar que o HDD se liga de forma similar ao TIBO, enquanto o ADD se assemelha à delavirdina, ambos NNRTIs. O docking do THD mostrou uma conformação análoga à DATA, um NNRTI de segunda geração. Foram observadas ligações de hidrogênio com a Lys101 e a Tyr188 da enzima viral. O docking do THD com os mutantes da HIV-1-TR revelou interações com o bolso hidrofóbico de ligação dos NNRTIs presentes nestas enzimas. Aparentemente as mutações têm pouca influência na conformação, posicionamento e interações do THD, com exceção do mutante Gly190Glu. Ainda assim, o THD consegue inibir este mutante, provavelmente pela interação com o Asp186 do sítio ativo. Seguindo um planejamento racional de fármacos utilizando os dados obtidos no ambiente in silico e tendo como base a estrutura do THD foi proposta uma nova molécula anti-HIV-1-TR do tipo NNRTI com a adição de um anel aromático na ligação dupla do THD, visando garantir interações π–π stacking com o Trp229, um resíduo altamente conservado tanto na enzima selvagem quanto nos mutantes da HIV-1-TR. Palavras Chaves: Produtos Naturais, Modelagem Molecular, Diterpenos de algas marinhas, HIV-1, Antivirais. XVI

Produtos Naturais, Modelagem Molecular, Diterpenos de algas marinhas, HIV-1, Antivirais.
AIDS is a pandemic desease responsible for more than 35 million deaths worldwide. The biggest cause of failure in the treatment of HIV infection is the rapid emergence of mutations that promoted resistance to the drugs used. Marine organisms are sources of molecules including the ones which have antiviral activity acting as inhibitors of reverse transcriptase (RT) of HIV-1 with low toxicity. Among them are the diterpenes dolabelladienotriol (THD, IC50=16.5μM), (6R)-6-hidroxidichotoma-3,14-diene-1,17-dial (HDD, IC50=10μM) and its natural acetate (6R)-6-acetoxidichotoma-3,14-diene-1,17-dial (ADD, IC50=35μM), isolated from brown algae of the genus Dictyota. Given the current use of molecular modeling to analyze the structure-activity relationship (SAR) of active molecules with potential for new drugs, the goal of this study is to evaluate the SAR of these three diterpenes (THD, ADD and HDD) as anti- HIV-1-RT, identifying important parameters related to its biological profile using molecular modeling. On that purpose, stereoelectronic and toxicity parameters of these molecules were determined using SPARTAN'10 and Osiris Property Explorer programs. The in silico analysis of these ligands revealed a possible relationship between the antiviral activity with the gap (ELUMO-EHOMO), in which the larger the gap value, the greater the antiviral profile. Differently, higher values of polarizability and dipole moment negatively affect this profile. Since ADD has the highest molecular weight (MW=366Da) and lower profile of antiviral activity, probably the molecular size may also influence the interactions of diterpene with HIV-1 RT specific site. The cLogP values and the evaluation by the Lipinski "rule of five" suggest a good oral availability. The theoretical toxicity of these molecules was analogous to previous experimental data, where THD showed lower toxicity than HDD, ADD and nevirapine. In this work, we also performed the docking of diterpenes in-HIV-1 RT using as template the crystal structure of the enzyme complexed with 9-Cl-TIBO, a non-nucleoside inhibitor (NNRTI). The result of Autodock 4.2 program were evaluated considering three structural features (spatial arrangement, electronic similarity and hydrogen bonding) allowed to observe that HDD binds similarly to TIBO, whereas ADD is analogous to delavirdine, both NNRTIs. The docking of the THD showed a conformation analogous to DATA, a second generation NNRTI. We observed hydrogen bonds with Lys101 and Tyr188 of the viral enzyme. The docking of THD with the various mutants of HIV-1 RT demonstrated interactions with the hydrophobic binding pocket for NNRTIs present in these enzymes. Apparently the mutations have little influence in conformation, positioning and interactions of the THD, except for the mutant Gly190Glu. Also, the THD may inhibit this mutant, probably by its interaction with the Asp186 of the active site. Following a rational drug design using data obtained from the in silico environment and based on the structure with THD, we suggest one new molecule anti-HIV-1 RT, NNRTI type with the addition of an aromatic ring in place of a double bond of THD in order to ensure π-π stacking interaction with Trp229, a highly conserved residue in the enzyme, both in the HIV-1 RT wild and mutants types.
Seaweed Natural Products, Molecular Modeling, Diterpenes from brown algae, HIV, Antiviral.
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

Contexto

CIÊNCIAS E BIOTECNOLOGIA - INTERAÇÕES MOLECULARES, CELULARES E SISTÊMICAS
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Banca Examinadora

VALERIA LANEUVILLE TEIXEIRA
Sim
Nome Categoria
HELENA DE SOUZA PEREIRA Participante Externo
VIVECA ANTONIA GIONGO GALVAO DA SILVA Participante Externo
PAULA ALVAREZ ABREU Participante Externo

Vínculo

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Não