Síntese e atividade tripanossomicida de potenciais inibidores covalentes reversíveis da enzima cruzaína

• Processo: 16/07946-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Vigência (Início): 01 de maio de 2016
• Vigência (Término): 30 de novembro de 2019
• Área do conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Orgânica
• Pesquisador responsável: Carlos Alberto Montanari
• Beneficiário: Lorenzo Cianni
• 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
• Bolsa(s) vinculada(s): 17/17386-0 - Desenho molecular e síntese de novos inibidores de cruzaína com atividade tripanocida, BE.EP.DD
• Assunto(s): Química farmacêutica Tripanossomicidas Trypanosoma cruzi Cruzaína Cisteína proteases Doença de Chagas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: cisteino proteases | Cruzaína | dipeptidil-nitrilas | Doença de Chagas | Trypanosoma cruzi | Química Farmacêutica

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 K777 inibe a cruzaína em concentração nanomolar e atua por um mecanismo de inibição irreversível. Análogos ou derivados do K777 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 (NEQUIMED/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. Os resultados dessas pesquisas resultaram na aprovação de um projeto temático pela FAPESP (2013/18009-4) que está em vigor desde maio de 2014, com vigência de 5 anos. 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 são ativos contra a cruzaína em concentrações de baixo-micromolar até sub-micromolar, sendo o composto mais potente o Nequimed409 (Neq0409) 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 Neq0409 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. Recentemente, em um processo preliminar de otimização do Neq0409, as estruturas moleculares do Neq0565 e Neq0566 foram estabelecidas usando métodos in silico em desenvolvimento no NEQUIMED/IQSC/USP, que foram sintetizados pelo grupo da Profa. Paula Gomes na Universidade do Porto. Em estudos preliminares de atividade tripanossomicida, o Neq0565 foi ativo contra a forma amastigota do T. cruzi, cepa Tulahuen (²-galactosidase), com pIC50 de 4.9 e SI >> 50 (razão SI = IC50(cito)/IC50(T. cruzi), enquanto seu enantiomero (Neq0566) foi inativo. Neste trabalho, serão realizados estudos para (i) síntese e caracterização de análogos/derivados do Neq0565; (ii) determinação da potência de inibição contra a cruzaína; (iii) estudo in silico dos fatores estruturais cruciais para o estabelecimento de uma forte interação ligante-enzima (estudos (Q)SAR), com vista à proposta de futuras modificações estruturais adicionais conducentes a inibidores mais potentes e seletivos; (iv) avaliação da atividade tripanossomicida dos compostos mais potentes contra a cruzaína. (AU)

Publicações científicas

(6)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

CIANNI, LORENZO; ROCHO, FERNANDA DOS REIS; BONATTO, VINICIUS; PRADO MARTINS, FELIPE CARDOSO; LAMEIRA, JERONIMO; LEITAO, ANDREI; MONTANARI, CARLOS A.; SHAMIM, ANWAR. Design, synthesis and stepwise optimization of nitrile-based inhibitors of cathepsins B and L. Bioorganic & Medicinal Chemistry, v. 29, JAN 1 2021. (13/18009-4, 18/03985-1, 16/07946-5)

CIANNI, LORENZO; FELDMANN, CHRISTIAN WOLFGANG; GILBERG, ERIK; GUETSCHOW, MICHAEL; JULIANO, LUIZ; LEITAO, ANDREI; BAJORATH, JUERGEN; MONTANARI, CARLOS A.. Can Cysteine Protease Cross-Class Inhibitors Achieve Selectivity?. Journal of Medicinal Chemistry, v. 62, n. 23, p. 10497-10525, DEC 12 2019. (13/18009-4, 16/07946-5)

CIANNI, LORENZO; LEMKE, CARINA; GILBERG, ERIK; FELDMANN, CHRISTIAN; ROSINI, FABIANA; ROCHO, FERNANDA DOS REIS; RIBEIRO, JEAN F. R.; TEZUKA, DAIANE Y.; LOPES, CARLA D.; DE ALBUQUERQUE, SERGIO; et al. Mapping the S1 and S1' subsites of cysteine proteases with new dipeptidyl nitrile inhibitors as trypanocidal agents. PLoS Neglected Tropical Diseases, v. 14, n. 3, MAR 2020. (13/18009-4, 17/17386-0, 16/07946-5)

CIANNI, LORENZO; ROCHO, FERNANDA DOS REIS; ROSINI, FABIANA; BONATTO, VINICIUS; RIBEIRO, JEAN F. R.; LAMEIRA, JERONIMO; LEITAO, ANDREI; SHAMIM, ANWAR; MONTANARI, CARLOS A.. Optimization strategy of single-digit nanomolar cross-class inhibitors of mammalian and protozoa cysteine proteases. BIOORGANIC CHEMISTRY, v. 101, AUG 2020. (13/18009-4, 16/07946-5, 18/03985-1)

BRITO MATOS, THIAGO KELVIN; JATAI BATISTA, PEDRO HENRIQUE; ROCHO, FERNANDA DOS REIS; DE VITA, DANIELA; PEARCE, NICHOLAS; KELLAM, BARRIE; MONTANARI, CARLOS ALBERTO; LEITAO, ANDREI. Synthesis and matched molecular pair analysis of covalent reversible inhibitors of the cysteine protease CPB. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, v. 30, n. 18, SEP 15 2020. (16/07946-5, 18/15904-6, 13/18009-4)

GOMES, JULIANA C.; CIANNI, LORENZO; RIBEIRO, JEAN; ROCHO, FERNANDA DOS REIS; MARTINS SILVA, SAMELYN DA COSTA; JATAI BATISTA, PEDRO HENRIQUE; MORAES, CAROLINA BORSOI; FRANCO, CAIO HADDAD; FREITAS-JUNIOR, LUCIO H. G.; KENNY, PETER W.; et al. Synthesis and structure-activity relationship of nitrile-based cruzain inhibitors incorporating a trifluoroethylamine-based P2 amide replacement. Bioorganic & Medicinal Chemistry, v. 27, n. 22, NOV 15 2019. (13/18009-4, 16/07946-5)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

CIANNI, Lorenzo. Design, synthesis and trypanocidal activity of cruzain reversible-covalent inhibitors. 2019. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Instituto de Química de São Carlos (IQSC/BT) São Carlos.