Planejamento, síntese e atividade tripanossomicida de inibidores covalentes reversíveis da enzima cruzaína

• Processo: 15/04947-8
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de junho de 2015
• Vigência (Término): 30 de abril de 2016
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química
• Pesquisador responsável: Carlos Alberto Montanari
• Beneficiário: Josmar Rodrigues da Rocha
• Instituição Sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/18009-4 - Planejamento, síntese e atividade tripanossomicida de inibidores covalentes reversíveis da enzima cruzaína, AP.TEM
• Assunto(s): Doença de Chagas Trypanosoma cruzi Química médica Cruzaína
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: cisteino proteases | Cruzaína | Doença de Chagas | Trypanosoma cruzi | Química Medicinal

Resumo

A cruzaína, principal cisteíno protease do Trypanosoma cruzi, é uma enzima essencial para o ciclo de vida do parasito e tem sido usada como um alvo viável para a busca de inibidores enzimáticos candidatos a fármacos. O composto peptideomimético K11777 inibe a cruzaína em concentração nanomolar e atua por um mecanismo de inibição irreversível. Análogos ou derivados do K11777 geralmente contêm grupos funcionais eletrofílicos conhecidos como "warheads" que podem ligar-se covalentemente ao sítio ativo da cruzaína via ataque nucleofílico promovido pela cisteína catalítica. Embora esse mecanismo tenha sido extensivamente estudado, outros poucos trabalhos têm explorado a influência da natureza da ligação covalente no processo de inibição covalente reversível na cruzaína. O Grupo de Química Medicinal do IQSC/USP começou a estudar esse mecanismo através dos projetos FAPESP 2011/01893-3 e 2011/20572-3, com enorme sucesso, através do emprego de nitrilas como warheads para formar ligação covalente reversível de dipeptidil-nitrilas com cisteíno proteases. Uma série prototípica de inibidores similares aos inibidores de catepsina K (que tem sido usada como alvo na indústria farmacêutica) foi selecionada por conter um esqueleto químico suscetível a processos de otimização. Todos os compostos sintetizados no NEQUIMED foram ativos contra a cruzaína em concentrações de baixo-micromolar até sub-micromolar, sendo o composto mais potente o Nequimed409 (Neq409) que inibiu a enzima com um IC50 igual 1,89 ± 0,11 µM (pIC50 = 5,7). Além disso, também pela primeira vez, esses compostos apresentaram atividade tripanossomicida contra a forma infetiva tripomastigota/amastigota da cepa Tulahuen lacZ em concentrações menores que 50 µM, sendo que o composto protótipo Neq409 é um agente tripanossomicida (dependência concentração-resposta) com valor de IC50 igual a 2,7 ± 0,3 µM (pIC50 = 5,6) contra a forma amastigota da mesma cepa. O Neq409 é mais potente que o fármaco benzonidazol (BZ) que foi usado como controle (pIC50 = 4,6) e apresenta citotoxicidade em baço de camundongos > 500 µM (valor comparável ao do BZ que é > 500 µM). As dipeptidil-nitrilas estudadas apresentam características de compostos matrizes que podem ser otimizadas para candidatos a fármacos: T. cruzi pIC50 > 5 (pIC50(Neq409) = 5,6) com SI > 10 (razão SI = IC50(cito)/IC50(T. cruzi) = 185, BZ = 20,6); PFI < 8 (PFINeq409 = 3,7); # anéis Ar < 5 e MW < 500 Da. Neste trabalho, serão realizados estudos para (i) determinação in silico das poses de docagem com simulação por dinâmica molecular e cálculo da energia livre de interação (MM-PBSA) e obtenção de relações estrutura-atividade (SAR) para identificar os novos candidatos a fármacos; (ii) síntese de análogos/derivados do Neq409, com três objetivos distintos: (1) otimização da potência de dipeptidil-nitrilas como inibidores da cruzaína para concentrações nanomolar, (2) identificação de novos warheads como alternativa para a nitrila e (3) substituição do grupo amida por heterociclos para que os ligantes tenham menor caráter peptídico e reduzida instabilidade hidrolítica; (iii) determinação da potência contra a cruzaína; (iv) obtenção de dados da estrutura cristalográfica de raios-X para co-cristais ligante-cruzaína; (v) avaliação da atividade tripanossomicida in vitro e in vivo; (vi) avaliação da atividade citotóxica e (vii) determinação do perfil farmacocinético in vivo.