Computational strategies for selective inhibition of falcipain-2

• Autor(a) principal: Hernández González, Jorge Enrique
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/191858
• topic: Malária; Plasmodium falciparum; Falcipaína-2; Inibidores; Seletividade; Alosteria; Dinâmica molecular; Triagem virtual; Energia livre; Ensaios de inibição; Cavidades transientes; Modo de ligação; Comunidade; Rota de sinalização; Ponte de água; Falcipain-2; Inhibitors; Selectivity; Allostery; Molecular dynamics simulation; Virtual screening; Free energy; Inhibition assays; Transient pockets.; Binding mode; Community; Signaling Pathway; Water bridge

A falcipaína-2 (FP-2) é uma hemoglobinase chave do Plasmodium falciparum, frequentemente selecionada como alvo para o planejamento de fármacos antimaláricos. Apesar dos esforços, nenhum inibidor da FP-2 tem entrado em fase de ensaios clínicos, pois a inibição cruzada de alvos humanos constitui um obstáculo. Neste trabalho, abordamos questões relacionadas à inibição seletiva da FP-2 através de diferentes técnicas computacionais, como simulações de dinâmica molecular, triagem virtual, ancoramento molecular, análise da comunidades e cálculos de volume de cavidades e energia livre. Ademais, realizamos ensaios de inibição in vitro para validar as predições. Apresentamos os compostos HTS07940 e HTS08262, que inibem a FP-2 e culturas de P. falciparum com boa seletividade respeito à catepsina K humana (hCatK) e à linha celular HeLa. Os inibidores foram identificados por meio de uma estratégia de triagem virtual que descartou ligantes com alta afinidade pela hCatK. Outras formas de atingir inibição seletiva são exploradas, como a busca por inibidores alostéricos, que ligam tipicamente sítios menos conservados. Analisamos uma região da FP-2 equivalente a um sítio alostérico da hCatK previamente caracterizado, o sítio 6, e predizemos vários ligantes potenciais. Após avaliação experimental, dois compostos, ZINC03225317 e ZINC72290660, são confirmados como inibidores não competitivos da FP-2, o que reforça a relevância deste sítio para o planejamento de fârmacos. A busca de cavidades alostéricas é expandida a outros sítios, baseada em informações experimentais prévias relacionadas a uma E-chalcona identificada acidentalmente como inibidor não competitivo da FP-2. Os resultados revelam a ocorrência de uma cavidade transiente numa região denominada sítio 3, que permanece maioritariamente ocluída pela cadeia lateral do resíduo K34. O modo de ligação predito da E-chalcona é consistente com os dados experimentais disponíveis e fornece informação sobre o mecanismo alostérico a nível molecular. Por fim, estudamos os determinantes moleculares da alta seletividade pela FP-2 de nitrilos que contêm substituintes de 3-piridina em P2, previamente estudados. Segundo as nossas predições, pontes de água envolvendo os resíduos I85 e D234 da FP-2 e o nitrogênio da piridina explicam os perfis experimentais de atividade. Portanto, inibidores seletivos da FP-2 podem ser planejados promovendo a formação de pontes de água no fundo do subsítio S2 e/ou introduzindo grupos químicos que substituem a molécula de água envolvida.