Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Coutinho, Daniela Sofia Ribeiro
Data de Publicação: 2017
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/34201
Resumo: Tese de mestrado, Química Farmacêutica e Terapêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017
id RCAP_d08f0e4ad7f07e9f7b3fa0b96c9ce4af
oai_identifier_str oai:repositorio.ul.pt:10451/34201
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository_id_str 7160
spelling Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residuesLeishmaniasisMalariaTetraoxanesIron activationTeses de mestrado - 2017Ciências da SaúdeTese de mestrado, Química Farmacêutica e Terapêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017Infectious diseases caused by viruses, parasites and bacteria are currently the second cause of mortality worldwide. One of these parasites is Leishamania spp., which is the protozoa responsible for leishmaniasis. Although, considered the ninth largest infectious disease burden worldwide, is still one of the most neglected tropical disease. Leishmaniasis has three main syndromes, which can range in severity from a relatively benign, self-limiting cutaneous form, to a potentially fatal systemic illness, known as visceral leishmaniasis. While cutaneous leishmaniasis is the most widespread on a global scale, visceral leishmaniasis is the most severe and lethal form of the disease. Another important tropical disease is malaria, caused by Plasmodium spp. protozoan parasite and transmitted by a female infected Anopheles mosquito tropical disease. The control of both diseases still relies on chemotherapy, but the armamentarium currently used have their use limited due to several adverse effects, elevated cost, lack of efficacy, and appearance of resistant parasites. Additionally, there is no effective vaccine to fight either leishmaniasis or malaria. For these reasons, the search for new therapeutic approaches are urgent. Endoperoxides are known to be reductively activated by iron(II)-heme to form carbon centered radicals and reactive oxygen species which can generate oxidative stress inside parasites. Both, Leishmania and Plasmodium require high levels of iron at critical steps of their life cycle, and therefore, these compounds could be promising to the design and discovery of new drugs, since this hybrid compounds can act by a dual mechanism and thus can be more effective than single drugs. In this thesis it is proposed the development of endoperoxide-based hybrid compounds which can generate oxidative stress inside the parasite and alkylate biomolecules essential to the parasite survival, and at the same time can deliver an , -unsaturated compound able to inhibit essential enzymes to the parasite. The synthetic route occurs in two steps. First, an aldehyde or ketone is treated with formic acid and hydrogen peroxide to give the intermediate gem-dihydroperoxide. Then, trans-cinnamaldehyde and Re2O7 are added to complete conversion into 1,2,4,5-tetraoxane. In this study, seven novel tetraoxanes were synthesized and fully characterized. In addition, the activation in biomimetic conditions was performed using FeBr2, being the reaction followed by HPLC. Synthesized compounds were evaluated for their antiparasitic activity.As doenças infeciosas causadas por vírus, parasitas e bactérias são atualmente a segunda maior causa de mortalidade a nível mundial. Um desses parasitas é a Leishmania spp., protozoário responsável pela leishmaniose. Esta doença é atualmente considerada a nona maior doença infeciosa a nível mundial já que afeta cerca de 12 milhões de pessoas em praticamente todos os continentes (Europa, África, América e Ásia). Apesar disso, o interesse por parte da indústria farmacêutica é diminuto sendo classificada como uma doença negligenciada. Encontra-se difundida tanto em áreas tropicais como em áreas subtropicais sendo considerada endémica em 98 países, segundo a Organização Mundial de Saúde (OMS). Esta doença afeta principalmente as populações mais pobres, em países em vias de desenvolvimento e é responsável por cerca de 30 000 mortes por ano, números que têm vindo a aumentar a um ritmo alarmante. A leishmaniose pode causar um amplo espectro de patologias em humanos, as quais podem variar em severidade desde uma forma relativamente benigna da doença, porém limitante, designada por leishmaniose cutânea, passando por uma variante que consiste num desfiguramento facial, como acontece na leishmaniose mucocutânea, podendo mesmo chegar a uma patologia potencialmente fatal, a leishmaniose visceral. A leishmaniose cutânea é a forma mais comum da doença, sendo que em cada 1,3 milhões de casos totais que surgem anualmente, 1 milhão são referentes à leishmaniose cutânea e apenas 0,3 milhões são relativos à leishmaniose visceral. Esta última, apesar de ser uma forma menos frequente da doença é a mais severa, podendo conduzir à morte se não for devidamente tratada. A leishmaniose mucocutânea representa a forma mais destrutiva da doença. Existem mais de 20 espécies de Leishmania consideradas infeciosas para o ser humano, entre elas estão a L. donovani, L. infantum, L. siamensis, L. braziliensis e L. guyanensis. A leishmaniose é transmitida através da picada de uma "sandfly" fêmea infetada pelo parasita, que normalmente pertence ao género Lutzomia no "Novo Mundo" (América Central e do Sul) e do género Phlebotomus no "Velho Mundo" (Europa, África e Ásia). Uma outra doença tropical é a malária cuja infeção é causada por parasitas do género Plasmodium spp., transmitidos aos humanos através da picada de um mosquito fêmea infetado pertencente ao género Anopheles. Existem seis espécies do parasita capazes de infetar humanos, tais como o P. falciparum, P. vivax, P. malariae, P. ovale, P. ovale wallikeri e P. knowlesi. De entre estas espécies o P. falciparum é a que origina a forma mais perigosa e fatal da malária e, em conjunto com o P. vivax são as espécies mais comuns. A malária é uma doença tropical que representa um dos problemas públicos mais preocupantes, já que, de acordo com a OMS, existem cerca de 212 milhões de novos casos por ano que conduzem a aproximadamente 430 000 mortes anuais, sendo que a maioria ocorre em África e em crianças com menos de cinco anos de idade. Para estas duas doenças tropicais a realidade é a mesma, já que não existem vacinas eficientes e o seu controlo encontra-se limitado ao uso de quimioterapia e à prevenção. Infelizmente, a quimioterapia atualmente utilizada para ambas as doenças é a mesma desde há várias décadas, por isso, o seu uso também se encontra limitado devido ao aparecimento de resistências, e ainda devido aos diversos efeitos secundários e ao seu elevado custo. Todas estas razões conduzem a uma procura urgente de novos agentes terapêuticos. É importante que as novas alternativas terapêuticas, para além de eficazes, sejam economicamente acessíveis, uma vez que estas doenças afetam principalmente os países em vias de desenvolvimento. Neste contexto surgem os endoperóxidos, que são uma família de compostos capazes de serem redutivamente ativados pelo ferro (II), levando à formação de espécies reativas de oxigénio, radicais centrados no carbono e compostos carbonílicos. Assim, os endoperóxidos podem atuar por diferentes mecanismos de ação. Por um lado, estes compostos têm a capacidade de aumentar o stress oxidativo dentro do parasita, podem ainda alquilar biomoléculas essenciais para a sobrevivência dos parasitas. Por outro lado, se se libertar o composto carbonílico , -insaturado, pode reagir como aceitador de Michael levando à inibição de enzimas necessárias à sobrevivência dos parasitas. Deste modo, estes compostos podem ser utilizados contra qualquer agente infecioso que disponha de elevadas concentrações de ferro em pontos críticos do seu ciclo de vida, tal como acontece com os parasitas dos géneros Leishmania e Plasmodium. Seguindo esta linha de raciocínio, nesta tese é reportada a síntese de uma pequena biblioteca de novos compostos 1,2,4,5-tetraoxanos que são capazes de atuar através de um mecanismo de dupla ação, uma vez que, após a ativação pelo ferro (II), irá formarse uma espécie radicalar, aumentando o stress oxidativo. Ao mesmo tempo, liberta-se uma molécula carbonílica , -insaturada, neste caso o trans-cinamaldeído, capaz de inibir a tripanotiona redutase (TR) no caso da Leishmania, e a falcipaína no caso do P. falciparum. Estas enzimas desempenham papéis cruciais nos parasitas, a TR participa na defesa antioxidante do parasita Leishmania, enquanto que a falcipaína é uma das enzimas presente no vacúolo digestivo do Plasmodium responsável pela hidrólise da hemoglobina. Estes 1,2,4,5-tetraoxanos são preparados com recurso a uma síntese em dois passos. No primeiro passo, os aldeídos ou cetonas reagem com ácido fórmico e com peróxido de hidrogénio dando origem ao intermediário gem-dihidroperóxido. O segundo passo usa o óxido de rénio (VII) como catalisador, para formar um complexo com o trans-cinamaldeído, que posteriormente é adicionado ao intermediário de modo a permitir a conversão no produto final 1,2,4,5-tetraoxano. Deste modo, o transcinamaldeído foi escolhido como segundo reagente por ser um composto alfa,beta-insaturado, podendo ser um potencial inibidor das enzimas TR e falcipaína. Assim, conseguiram-se sintetizar e purificar sete novos compostos híbridos (21-27) baseados na estrutura tetraoxano com rendimentos moderados a bons. Estes compostos foram ainda caracterizados utilizando-se técnicas de ressonância magnética nuclear, nomeadamente RMN 1H, RMN 13C, COSY, APT, HMQC e HMBC. De modo a confirmar a ativação pelo ferro (II) e a consequente libertação do composto , -insaturado, os compostos foram estudados em condições biomiméticas na presença de brometo de ferro (II), seguindo-se a reação por HPLC. Com estes estudos confirmou-se que o trans-cinamaldeído é libertado na presença de brometo ferroso, confirmando-se que o ferro (II) consegue ativar eficientemente esta classe de compostos. Todos os compostos apresentaram tempos de semi-vida curtos, o que indica que são rapidamente ativados pelo ferro (II). Estes estudos foram uma prova de conceito que mostraram que o composto carbonílico alfa,beta-insaturado é rapidamente libertado após a ativação dos tetraoxanos pelo ferro (II), sugerindo que estes endoperóxidos poderão ter comportamentos semelhantes in vivo. A capacidade antiparasitária dos tetraoxanos sintetizados foi avaliada para a malária e para a leishmaniose. Relativamente à malária, os compostos demonstraram ser moderadamente ativos, revelando melhores valores de inibição na gama do sub- M para a estirpe Dd2 do Plasmodium falciparum. A atividade dos compostos foi ainda testada para a forma promastigota de Leishmania donovani, porém, devido a problemas de solubilidade, nenhum dos compostos revelou atividade.Lopes, Francisca da ConceiçãoCapela, Rita Sofia Salvador SimõesRepositório da Universidade de LisboaCoutinho, Daniela Sofia Ribeiro2018-07-18T10:06:59Z2017-12-152017-10-302017-12-15T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/34201TID:201830760enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:29:28Zoai:repositorio.ul.pt:10451/34201Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:49:00.598741Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
dc.title.none.fl_str_mv Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
title Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
spellingShingle Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
Coutinho, Daniela Sofia Ribeiro
Leishmaniasis
Malaria
Tetraoxanes
Iron activation
Teses de mestrado - 2017
Ciências da Saúde
title_short Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
title_full Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
title_fullStr Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
title_full_unstemmed Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
title_sort Inducing oxidative stress in parasites: novel hybrid compounds based on peroxides to trap catalytic cysteine residues
author Coutinho, Daniela Sofia Ribeiro
author_facet Coutinho, Daniela Sofia Ribeiro
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Lopes, Francisca da Conceição
Capela, Rita Sofia Salvador Simões
Repositório da Universidade de Lisboa
dc.contributor.author.fl_str_mv Coutinho, Daniela Sofia Ribeiro
dc.subject.por.fl_str_mv Leishmaniasis
Malaria
Tetraoxanes
Iron activation
Teses de mestrado - 2017
Ciências da Saúde
topic Leishmaniasis
Malaria
Tetraoxanes
Iron activation
Teses de mestrado - 2017
Ciências da Saúde
description Tese de mestrado, Química Farmacêutica e Terapêutica, Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2017
publishDate 2017
dc.date.none.fl_str_mv 2017-12-15
2017-10-30
2017-12-15T00:00:00Z
2018-07-18T10:06:59Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10451/34201
TID:201830760
url http://hdl.handle.net/10451/34201
identifier_str_mv TID:201830760
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron:RCAAP
instname_str Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
collection Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
repository.name.fl_str_mv Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1799134421094236160

Registros relacionados