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Title: Abordagem combinada de triagem virtual inversa e baseada em ligantes na identificação de alvos proteicos para afidicolina e novos hits contra Leishmania major
metadata.dc.creator: RODRIGUES, Gabriela dos Santos
Keywords: Leishmaniose;Afidicolina;Modelagem molecular;Triagem virtual inversa
Issue Date: 29-Apr-2022
Publisher: Universidade Federal do Oeste do Pará
Citation: RODRIGUES, Gabriela dos Santos. Abordagem combinada de triagem virtual inversa e baseada em ligantes na identificação de alvos proteicos para afidicolina e novos hits contra Leishmania major. Orientadora: Gabriela Bianchi dos Santos; Coorientador: Cleydson Breno Rodrigues dos Santos. 2022. 110 f.:il. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Oeste do Pará, Pró-reitoria de Pesquisa, Pós Graduação e Inovação Tecnológica, Instituto de Saúde Coletiva, Programa de Pós-Graduação em Ciências da Saúde, Santarém, 2022. Disponível em: Acesso em: https://repositorio.ufopa.edu.br/jspui/handle/123456789/704
Abstract: Leishmaniasis are a group of diseases caused by protozoa of the genus Leishmania, prevalent in tropical and developing countries. The existing drugs presents serious limitations such as toxicity and parasite resistance, therefore, the search for new therapeutic agents is necessary. Molecular modeling methods are useful to facilitate the design of safer and more efficient antiparasitic drugs, especially from natural sources. There are several natural products active against Leishmania spp., including aphidicolin, a selective inhibitor of viral and human DNA polymerase-α, produced by fungi Cephalosporium aphidicola and Nigrospora sphaerica, with an unknown antiparasitic mechanism of action. Hence, this work aimed to find potential biological targets of aphidicolin and derivatives through inverse virtual screening. We used Protein Data Bank (PDB) to search Leishmania major targets. The targets selected for molecular docking on DockThor web server were those whose ligands showed molecular overlay values >0.5 relative to aphidicolin and RMSD values≤2 Å. Thus, we considered N-myristoyltransferase (NMT), methionyl t-RNA synthetase (MetRS) and map-kinase (MAPK) as possible targets of aphidicolans. Considering the poor pharmacokinetic and physicochemical properties of aphidicolin and derivatives, we used PharmaGist server to align the molecules and to build a pharmacophoric model. We evaluated the model by hierarchical cluster analysis (HCA) and Pearson's correlation in Minitab software. Due to the number of hydrophobic properties, we built a pharmacophoric model for each target and we subjected to virtual screening on the Pharmit server. After that, we filtered the hits through drug-similar property calculation in Osiris DataWarrior software, as well toxicity alerts in DEREK software and pharmacokinetics on PreADMET web server. We used SwissADME web server to predict water solubility and synthetic accessibility. In the end, we selected only 02 molecules for NMT, 09 for MetRS (02 in common with NMT) and none for MAPK. In order to evaluate the selectivity of the molecules considering the binding affinity (∆G), we anchored all of them in NTM, MetRS and MAPK on DockThor. Statistical analyzes of the 07 best values of ∆G of each complex were performed in the GraphPad Prism software by means of the ANOVA-one way and ANOVA-two way tests, using the co-crystallized ligands as positive control and the miltefosine as a negative control, because there is no known activity against the mentioned targets. The molecules showed statistically significant ∆G values only when they were anchored with NMT and MAPK, mainly the ligands MP-002-507-460, MP-002-528-375 and MP-002-911-105. However, we observed considerable selectivity for NMT. After analyzing the intermolecular interactions in Discovery Studio software, only MP-002-507-460 and MP-002-911-105 showed more interactions with the amino acid residues of the NMT binding site. The prediction of biological activity through the PASS server revealed that the two molecules, steroid analogues, exhibited a moderate probability of acting as leishmanicidal agents. Thus, the two molecules found through virtual screening are promising candidates for in vitro assays on LmNMT models to validate the theoretical results presented in this work.
metadata.dc.description.resumo: A leishmaniose compreende um grupo de doenças causadas por protozoários do gênero Leishmania, prevalente em países tropicais e em desenvolvimento. Os fármacos disponíveis para as formas de leishmaniose apresentam problemas de toxicidade e resistência dos parasitas, tornando necessária a busca por novos agentes terapêuticos. A modelagem molecular é um campo útil para o planejamento de fármacos antiparasitários mais seguros e eficientes, especialmente de fontes naturais. Existem diversos produtos naturais ativos sobre Leishmania spp., dentre eles a afidicolina, um inibidor seletivo de DNA polimerase-α viral e humana, produzido por fungos Cephalosporium aphidicola e Nigrospora sphaerica, com mecanismo de ação antiparasitário desconhecido. Portanto, a presente pesquisa teve como objetivos identificar potenciais alvos biológicos da afidicolina e derivados através de triagem virtual reversa. A busca de alvos de Leishmania major foi realizada no Protein Data Bank (PDB). Os alvos selecionados para docking molecular no servidor DockThor foram aqueles cujos ligantes mostraram valores de molecular overlay (sobreposição) >0,5 em relação à afidicolina e valores de RMSD≤2 Å. Assim, as enzimas N-miristoiltransferase (NMT), metionil t-RNA sintetase (MetRS) e map-quinase (MAPK) foram elencadas como possíveis alvos de afidicolanos. Considerando as propriedades farmacocinéticas e físico-químicas inadequadas da afidicolina e derivados, foi realizado o alinhamento das moléculas no servidor PharmaGist para construção de modelo farmacofórico. O modelo foi avaliado por análise grupamento hierárquico (HCA) e correlação de Pearson no software Minitab. Devido ao número de propriedades hidrofóbicas, um modelo foi construído para cada alvo e submetido à triagem virtual no servidor Pharmit. Os hits encontrados foram filtrados através de cálculo de propriedade fármaco-similar no software Osiris DataWarrior, alertas de toxicidade no software Derek e farmacocinética no servidor PreADMET. O servidor SwissADME também foi utilizado para predição da solubilidade em água e viabilidade sinté- tica. Ao final de todas essas etapas, foram encontradas 2 moléculas para NMT, 09 para MetRS (sendo duas em comum a NMT) e nenhuma para MAPK. A fim de avaliar a seletividade das moléculas em função da afinidade de ligação (∆G), todas elas foram ancoradas em NTM, MetRS e MAPK através do servidor DockThor. Análises estatísticas dos 07 melhores valores de ∆G de cada complexo foram realizadas no software GraphPad Prism por meio dos testes ANOVA-one way e ANOVA-two way, utilizando os ligantes co-cristalizados como controle positivo e a miltefosina como controle negativo, por não apresentar atividade conhecida sobre os alvos supracitados. As moléculas mostraram valores de ∆G estatisticamente significativos somente quando foram ancoradas com NMT e MAPK, destacando os ligantes MP-002-507- 460, MP-002-528-375 e MP-002-911-105. No entanto, foi observada seletividade considerável para NMT. Após análise das interações intermoleculares no software Discovery Studio, apenas MP-002-507-460 e MP-002-911-105 apresentaram mais interações com os resíduos de amino- ácidos do sítio de ligação de NMT. A predição da atividade biológica através do servidor PASS revelou que as duas moléculas, análogas de esteroides, exibiram probabilidade moderada de atuarem como agentes leishmanicidas. Assim, as duas moléculas encontradas por meio de triagem virtual são candidatas promissoras a ensaios in vitro sobre modelos de LmNMT para validação dos resultados teóricos apresentados neste trabalho.
URI: https://repositorio.ufopa.edu.br/jspui/handle/123456789/704
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