A presente tese aborda a crescente preocupação global relacionada ao câncer, conforme indicado pelo recente relatório da Agência Internacional para Pesquisa em Câncer, que estima a notificação de 21.9 milhões de casos e 11.4 milhões de mortes em 2025. Entre os cânceres sólidos mais prevalentes, destacam-se aqueles que afetam o pulmão, mama feminina, intestino e próstata. A invasão celular no tecido circundante é um evento comum na evolução tumoral, sendo um precursor essencial para a metástase. Este fenômeno implica a migração celular, uma atividade mediada pela modulação de estruturas proteicas, notadamente os microtúbulos (MTs), polímeros intracelulares cruciais nas células eucarióticas. O avanço recente nas técnicas de purificação de proteínas tem proporcionado insights significativos sobre as propriedades dinâmicas intrínsecas dos MTs, incluindo seu crescimento e encolhimento, processos regulados por motores moleculares e proteínas associadas. Esta instabilidade dinâmica desempenha um papel crucial na divisão celular e na motilidade, processos centrais no desenvolvimento anormal do câncer. No âmbito deste estudo de doutorado, denominado "Descoberta de Novos Ligantes Bioativos com Propriedades Anticâncer" (processo FAPESP nº 2018/25289-7), foram investigados agentes direcionados aos MTs para o tratamento de cânceres metastáticos de mama triplo-negativo e próstata refratário à terapia hormonal. Dentre trinta e dois compostos avaliados, dois representantes sintéticos, cis-2e e para-3d, destacaram-se por apresentar valores de IC₅₀ ≤ 10 μM em linhagens tumorais de mama e próstata, respectivamente. Esses compostos não apenas evitaram a resistência relacionada à superexpressão da isoforma β_III da tubulina em células humanas recombinantes, mas também não demonstraram toxicidade em linhagens não-tumorais, incluindo tecidos locais e fibroblastos. Os compostos em questão inibiram a migração, invasão e desestabilizaram a divisão celular, promovendo a fragmentação nuclear. A investigação do mecanismo de ação revelou a inibição da polimerização da tubulina por meio de interação alostérica com o sítio da colchicina ou, de maneira vicinal, bloqueando o acesso a ele. Durante uma estadia no exterior (processo FAPESP nº 2022/00219-1), sob a supervisão da Professora Dra. Anna Akhmanova (Universiteit Utrecht, Holanda), foram acessadas instalações não disponíveis no Brasil. Essa oportunidade permitiu a quantificação de parâmetros de instabilidade dinâmica dos MTs. Após o retorno, juntamente com a determinação experimental do perfil farmacocinético, uma análise integrada dos dados foi realizada, possibilitando a priorização dos compostos-líderes para futuros estudos in vivo e a prova de conceito.

This thesis addresses the escalating global concern related to cancer, as indicated by the recent report from the International Agency for Research on Cancer, estimating 21.9 million cases and 11.4 million deaths in 2025. Prevalent among solid cancers are those affecting the lung, female breast, intestine, and prostate. Cellular invasion of surrounding tissue is a common event in tumor evolution, serving as an essential precursor to metastasis. This phenomenon involves cell migration, an activity mediated by the modulation of protein structures, notably microtubules (MTs), intracellular polymers crucial to eukaryotic cells. Recent advances in protein purification techniques have provided significant insights into the intrinsic dynamic properties of MTs, including their growth and shrinkage, processes regulated by molecular motors and associated proteins. This dynamic instability plays a crucial role in cell division and motility, central processes in the abnormal development of cancer. Within the scope of this doctoral study, titled "Discovery of Novel Bioactive Ligands with Anticancer Properties" (FAPESP grant #2018/25289-7), agents targeted at MTs were investigated for the treatment of metastatic triple-negative breast cancer and hormone-refractory prostate cancer. Among thirty-two evaluated compounds, two synthetic representatives, cis-2e and para-3d, stood out by exhibiting IC₅₀ values ≤ 10 μM in breast and prostate tumor cell lines, respectively. These compounds not only circumvented resistance related to the overexpression of the β_III tubulin isoform in recombinant human cells but also demonstrated no toxicity in non-tumor cell lines, including local tissues and fibroblasts. The aforementioned compounds inhibited migration, invasion, and destabilized cell division, promoting nuclear fragmentation. Investigation into the mechanism of action revealed the inhibition of tubulin polymerization through allosteric interaction with the colchicine binding site or, vicinally, by blocking access to it. During a period abroad (FAPESP grant #2022/00219-1), under the supervision of Professor Dr. Anna Akhmanova (Utrecht University, Netherlands), facilities unavailable in Brazil were accessed. This opportunity enabled the quantification of dynamic instability parameters of MTs. Upon return, coupled with the experimental determination of the pharmacokinetic profile, an integrated analysis of the data was conducted, enabling the prioritization of lead compounds for future in vivo studies and proof of concept.