Triagem virtual da quimioteca do LaSMMed e avaliação in vitro de potenciais inibidores de ureases

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dc.contributor.advisorBispo, Marcelle de Lima Ferreira
dc.contributor.authorFabris, Marciéli
dc.contributor.bancaButera, Anna Paola
dc.contributor.bancaLima, Camilo Henrique da Silva
dc.contributor.bancaRomeiro, Nelilma Correia
dc.contributor.bancaFernandes, João Paulo dos Santos
dc.contributor.coadvisorNascimento Júnior, Nailton Monteiro do
dc.coverage.extent385 p.
dc.coverage.spatialLondrina
dc.date.accessioned2024-08-20T17:59:34Z
dc.date.available2024-08-20T17:59:34Z
dc.date.issued2023-03-24
dc.description.abstractHelicobacter pylori e Cryptococcus ssp são microrganismos patogênicos ureolíticos que causam diversos distúrbios no organismo hospedeiro e, em casos graves, o levam à morte. Ambas as infecções têm a enzima urease como fator chave de virulência, pois utilizam sua capacidade de produzir amônia para amenizar o pH inóspito ao qual estão submetidas. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo identificar e avaliar substâncias bioativas com potencial inibitório frente as ureases de Cryptococcus neoformans e Helicobacter pylori, por meio de uma triagem virtual baseada em docagem molecular. As estruturas tridimensionais das ureases utilizadas em neste estudo foram obtidas no banco de proteínas, sob os códigos de 4H9M, que corresponde a urease vegetal de Canavalia ensiformis (CEU), e 6ZJA que corresponde a enzima bacteriana de H. pylori (HPU). Como a estrutura tridimensional da urease de C. neoformans (CNU) ainda não foi determinada experimentalmente, a CEU foi utilizada em nosso estudo, devido à similaridade estrutural com a urease vegetal. As substâncias triadas virtualmente fazem parte de um espaço químico próprio do nosso grupo de pesquisa (quimioteca do LaSMMed) que contempla mais de 130 substâncias, com características estruturais distintas, e que apresentam potenciais grupos farmacofóricos para atividades antibacteriana e antifúngica. Assim, iniciou-se esse estudo com a análise estrutural do alvo molecular, para obter informações sobre sítios de ligação e características estruturais das duas ureases, seguido de validação do protocolo de docagem molecular, análise das interações ligante-proteína e determinação dos critérios de seleção das substâncias da quimioteca e, por fim, foram realizadas as avaliações in vitro das atividades anti-ureolíticas dessas substâncias. Assim, o critério de seleção utilizado para a CEU foi interação com seis resíduos de aminoácidos, especificamente I411, P434, H494, L595, E601 e D602, selecionados após análise das interações de 500 substâncias descritas na literatura como inibidoras da CEU, enquanto que para HPU utilizou-se como critério a interação das substâncias com os mesmos resíduos que interagem com o inibidor co-cristalizado com a enzima HPU. Dessa forma, dentro de uma quimioteca de 130 substâncias, foram selecionadas 18 substâncias, derivadas de cumariltioureias, cumarilamidas, indóis, tiazolidinonas, análogos de apocinina, cromonamidas e cinamoiltioureias, para serem avaliadas in vitro frente a CEU. Os resultados preliminares da porcentagem de inibição da atividade ureolítica das substâncias, indicaram o potencial da cinamoiltioureia monossubstituída como promissor inibidor da urease, com porcentagem de inibição acima de 80%. Considerando as análises e padrões observados, como tamanho do sítio ativo e padrão de inibição in vitro, foi sintetizada e avaliada uma pequena série de ariltioureias monossubstituídas como inibidoras da urease. Com porcentagem de inibição acima de 84% para CEU e acima de 90% para o extrato bruto de CNU, os derivados são potentes inibidores da urease. Assim determinamos que as tioureias monossubstituídas, cinamoiltioureia e ariltioureias, são as moléculas mais promissoras do nosso estudo. A complementariedade das análises ocorreu por meio da determinação da metade da concentração inibitória máxima (IC50) nas ureases de C. ensiformis e extrato bruto de C. neoformans, determinação da cinética enzimática e análise in silico dos parâmetros físico-químicos e de semelhança a fármacos das substâncias líderes. As melhores substâncias apresentaram IC50 de 0,41 mM para CEU e aproximadamente 0,34 mM para CNU. A cinamoiltioureia monossubstituída foi a substância que apresentou o maior potencial anti-ureolítico, com Ki de 0,06 mM, e mecanismo de inibição misto
dc.description.abstractother1Helicobacter pylori and Cryptococcus ssp are pathogenic ureolytic microorganisms that cause various disorders in the host organism and, in severe cases, lead to death. Both infections have the urease enzyme as a key virulence factor, as they use their ability to produce ammonia to reduce the inhospitable pH to which they are subjected. This work aims to identify and evaluate bioactive substances with inhibitory potential against ureases from Cryptococcus neoformans and Helicobacter pylori, through a virtual screening based on molecular docking. The ureases used in our study were obtained from the protein bank under the codes 4H9M, which corresponds to plant urease from Canavalia ensiformis (CEU), and 6ZJA corresponding to the bacterial enzyme of H. pylori (HPU). The three-dimensional structure of C. neoformans urease (CNU) has yet to be determined experimentally. Thus, due to the structural similarity with plant urease, CEU was used in this study. The substances virtually screened are part of a chemical space belonging to our research group (LaSMMed Chemical Library) that includes more than 130 substances, with distinct structural characteristics, as potential pharmacophoric groups for antibacterial and antifungal activities. Thus, this study began with the structural analysis of the molecular target to obtain information on binding sites and structural characteristics of the two ureases, followed by validation of the molecular docking protocol, analysis of ligand-protein interactions, and determination of selection criteria for the substances, and in vitro evaluation of the anti-ureolytic activity of these substances. Thus, the selection criterion used for CEU was interaction with six amino acid residues, specifically I411, P434, H494, L595, E601, and D602, selected after analyzing the interactions of 500 substances described in the literature as CEU inhibitors, while for HPU was used as a criterion the interaction of substances with the identical residues that interact with the co-crystallized inhibitor with the HPU enzyme. Thus, within a chemotherapy library of 130 substances, 18 substances were selected, derived from coumarylthioureas, coumarylamides, indoles, thiazolidinones, apocynin analogues, chromonamides and cinnamoylthioureas, to be evaluated in vitro against C. ensiformis urease. Preliminary results of the inhibition percentage of the ureolytic activity of the substances indicate the potential of monosubstituted cinnamoylthiourea as a promising urease inhibitor, with an inhibition percentage above 80%. Considering these analyzes and patterns, such as active site size and in vitro inhibition pattern, a small series of monosubstituted arylthioureas were synthesized and evaluated as urease inhibitors. With inhibition percentage above 84% for CEU and above 90% for crude cell-free CNU, the derivatives are potent urease inhibitors. Thus, we determined that the monosubstituted thioureas, cinnamoylthiourea and arylthioureas, are the most promising molecules in our study. The complementarity analysis occurred through the determination of the half-maximum inhibitory concentration (IC50) in the C. ensiformis urease and crude cell-free extract of C. neoformans, determination of the enzymatic kinetics and in silico analysis of the physicochemical and drug-likeness parameters of the lead compounds. The best substances showed an IC50 of 0.41 mM for CEU and approximately 0.34 mM for CNU. Monosubstituted cinnamoylthiourea was the substance that showed the highest antiureolytic potential, with a Ki of 0.06 mM and a mixed inhibition mechanism type
dc.identifier.urihttps://repositorio.uel.br/handle/123456789/17242
dc.language.isopor
dc.relation.departamentCCE - Departamento de Química
dc.relation.institutionnameUniversidade Estadual de Londrina - UEL
dc.relation.ppgnamePrograma de Pós-Graduação em Química
dc.subjectDocagem molecular
dc.subjectCryptococcus neoformans
dc.subjectHelicobacter pylori
dc.subjectCanvalia ensiformis
dc.subjectAtividade anti-ureolítica
dc.subjectAnálise in silico
dc.subjectQuímica orgânica
dc.subjectCompostos bioativos
dc.subjectProteínas de bactérias
dc.subjectBactérias
dc.subject.capesCiências Exatas e da Terra - Química
dc.subject.keywordsMolecular docking
dc.subject.keywordsCryptococcus neoformans
dc.subject.keywordsHelicobacter pylori
dc.subject.keywordsCanvalia ensiformis
dc.subject.keywordsAnti-ureolytic potential
dc.subject.keywordsIn silico analysis
dc.subject.keywordsChemistry, inorganic
dc.subject.keywordsBioactive compounds
dc.subject.keywordsBacterial proteins
dc.subject.keywordsBacteria
dc.titleTriagem virtual da quimioteca do LaSMMed e avaliação in vitro de potenciais inibidores de ureases
dc.title.alternativeVirtual screening of LaSMMed chemical library and in vitro evaluation of potential urease inhibitors
dc.typeTese
dcterms.educationLevelDoutorado
dcterms.provenanceCentro de Ciências Exatas

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