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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.75.2020.tde-20052020-152714
Document
Author
Full name
Rafael da Fonseca Lameiro
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2020
Supervisor
Committee
Montanari, Carlos Alberto (President)
Muniz, João Renato Carvalho
Schwab, Ricardo Samuel
Title in Portuguese
Atividade anti-Trypanosoma cruzi de agentes não-peptídicos como inibidores da cisteíno protease cruzaína
Keywords in Portuguese
cruzaína
dipeptidilnitrilas
doença de Chagas
peptideomiméticos
Abstract in Portuguese

A doença de Chagas, causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi, foi descrita pela primeira vez em 1909 pelo médico brasileiro Carlos Chagas. Apesar de ser conhecida há mais de cem anos, os tratamentos para essa parasitose são hoje limitados a apenas dois medicamentos que, além de gerar efeitos colaterais, não são capazes de eliminar os parasitos do corpo do hospedeiro na fase crônica da doença. No contexto de desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento da doença de Chagas, a cisteíno protease cruzaína destaca-se como alvo molecular para inibição devido ao seu papel essencial no ciclo de vida do tripanossoma. Nesse trabalho, foram produzidos compostos derivados de um inibidor de cruzaína e agente tripanossomicida desenvolvido anteriormente no NEQUIMED/IQSC/USP, denominado Neq0594. Esses derivados têm sua estrutura baseada em peptídeos, que são o substrato natural da cruzaína, mas, por apresentarem o grupo 2,2,2-trifluoroetilamina no lugar de uma ligação peptídica, e átomos de flúor substituindo átomos de hidrogênio, apresentam maior biodisponibilidade e estabilidade metabólica em comparação a seus análogos peptídicos e ao Neq0594. Quinze derivados do Neq0594 foram sintetizados, purificados e caracterizados (RMN-1H, RMN-13C, FTIR, HRMS, polarimetria e ponto de fusão) para os estudos de relação estrutura-atividade.  Os compostos foram testados contra as enzimas cruzaína, LmCPB e catepsina L e apresentaram afiidade maior ou igual à do composto protótipo na cruzaína. Também foi observada a preferência dessa enzima por compostos contendo o grupo isobutila em P2 e de isomeria (S,S), bem como o bioisosterismo da substituição H/F. Os resultados também sugerem a existência de relações estrutura-atividade (SAR) cruzadas entre as cisteíno proteases de agentes infecciosos (cruzaína e LmCPB). Além disso, simulações computacionais empregando o método de dinâmica molecular foram realizadas com o objetivo de explorar as interações de três compostos com a cruzaína. As simulações demonstraram as principais ligações de hidrogênio com os resíduos Gly66 e Asp161, interações hidrofóbicas em P2 e P3 e a ausência de interações polares com os átomos de flúor na posição P3.

Title in English
Anti-Trypanosoma cruzi activity of non-peptidic agentes as inhibitors of the cysteine protease cruzain
Keywords in English
Chagas' disease
cruzain
dipeptidyl nitriles
peptidomimetics
Abstract in English

Chagas disease, caused by the protozoan Trypanosoma cruzi, was first described in 1909 by the Brazilian physician Carlos Chagas. Despite being known for over a hundred years, treatments for this disease are currently limited to only two drugs that, besides generating side effects, are not capable of eliminating the parasites from the host body in the chronic phase of the disease. In the context of developing new drugs for Chagas disease, the cysteine protease cruzain stands out as a molecular target for inhibition, due to its essential role in the life cycle of the trypanosome. In this work, compounds derived from Neq0594, a trypanocidal agent and cruzain inhibitor previously developed in NEQUIMED/IQSC/USP, were produced. These derivatives have their structures based on dipeptides, which are the natural substrate of cruzain, but, because they have a 2,2,2-trifluoroethylamine group replacing a peptide bond, and fluorine atoms substituting hydrogen atoms, they must be more bioavailable and metabolically stable than their peptide analogues. Fifteen derivatives of Neq0594 were synthesized, purified and characterized (1H-NMR, 13C-NMR, FTIR, HRMS, polarimetry and melting point) for the structure-activity relationship study. The compounds were tested for cruzain, LmCPB and cathepsin L and displayed activities equal to or better than the lead compound for cruzain. It was also observed the preference of this enzyme for compounds with the isobutyl group at P2 and with (S,S) stereochemistry, as well as the bioisosterism of the H/F replacement. The results also suggest the presence of crossed structure-activity relationships between the protozoan cysteine proteases (cruzain and LmCPB). Moreover, computer simulations using the molecular dynamics method were performed to explore the interactions of three compounds with cruzain. The simulations demonstrated the major hydrogen bonds with the residues Gly66 and Asp161, hydrophobic interactions at P2 and P3 and the absence of polar interactions with the P3 fluorine atoms.

 
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Publishing Date
2020-05-26
 
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