Modelagem molecular de inibidores covalentes reversíveis de cisteíno proteases

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Bonatto, Vinícius
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: covalent inhibitors; dinâmica molecular; drug design; free energy perturbation; inibidores covalentes; modelagem molecular; molecular dynamics; molecular modeling; perturbação da energia livre; planejamento de fármacos
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/75/75133/tde-29112023-101857/

Cisteíno proteases (CPs) são importantes alvos em diversas doenças infecciosas e câncer, sendo atrativas para o desenvolvimento de novos inibidores. Os inibidores covalentes direcionados, do inglês Targeted covalent inhibitors (TCIs) são extensivamente aplicados na inibição de CPs, pois promovem a modificação covalente destas enzimas. Entretanto, o planejamento e modelagem molecular de inibidores covalentes apresenta um desafio computacional, uma vez que o processo de inibição covalente consiste em múltiplos passos. Este trabalho inicia com uma revisão sistemática da literatura de modo a analisar o uso da nitrila como grupos reativos para o desenvolvimento de inibidores covalentes. As nitrilas apresentam um grande potencial como warheads em alvos como as CPs e enzimas que contenham resíduos catalíticos de cisteína ou serina. Além disso, as nitrilas podem aumentar a reatividade de outros grupos, como é o caso da cianoacrilamida, e podem ser usadas em inibidores covalentes reversíveis que tem como alvo resíduos não catalíticos. Em uma próxima etapa, foram empregados métodos da mecânica clássica (MM) e mecânica quântica (QM) para entender e prever a afinidade de ligantes por CPs específicas. Começando com os cálculos quânticos, descritores baseados em QM foram obtidos, como índices de eletrofilia local, para estimar a reatividade de diversos warheads, constatando evidente correlação com a constante de inibição enzimática experimental. Estes descritores poderão ser usados em modelos de aprendizado de máquina ou em modelos de relação estrutura-atividade. Ainda usando métodos QM para modelar o warhead, a metodologia QM-cluster approach foi empregada para estimar a relativa diferença de potência de dois inibidores pares com warheads distintos (nitrila e aldeído). Com um modelo do sítio ativo contendo pouco mais de 300 átomos, essa técnica mostrou-se eficaz para capturar a diferença de energia entre os ligantes com diferentes warheads. Essa metodologia promissora pode ser empregada em futuras campanhas de desenvolvimento de novos inibidores covalentes, onde o alvo também é levado em consideração. Por fim, foram realizadas simulações de dinâmica molecular para compreender o modo de ligação de diversos inibidores. Além disso, cálculos de perturbação de energia livre (FEP) foram realizados para estimar a energia livre de ligação relativa (RBFE). Os resultados sugerem que o estado covalente do processo de interação bimolecular é fundamental e mais relevante para a energia livre do que do complexo não covalente. No geral, as descobertas realizadas nesta tese contribuem para o desenvolvimento de inibidores covalentes reversíveis e abrem caminho para novos avanços no campo.