Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/55604
Type: Tese
Title: Planejamento de moléculas bioativas contra proteases de SARS-COV-2: estudos in silico e potencial biológico
Other Titles: PLANNING OF BIOACTIVE MOLECULES AGAINST SARS-CoV-2 PROTEASES: In silico studies and biological potential
Authors: Mateus Sá Magalhães Serafim
First Advisor: Jônatas Santos Abrahão
First Co-advisor: Vinícius Gonçalves Maltarollo
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Bruno Eduardo Fernandes Mota
First Referee: Jordana Grazziela Alves Coelho dos Reis
Second Referee: Débora Maria Abrantes Costa
Third Referee: Glaucio Monteiro Ferreira
metadata.dc.contributor.referee4: Jair Lage de Siqueira Neto
Abstract: Aproximadamente 664,8 milhões de infecções por SARS-CoV-2 foram notificados no mundo até 25 de janeiro de 2023, com mais de 6,72 milhões de mortes notificadas de em três anos. Embora medidas não farmacológicas, desenvolvimento e distribuição de vacinas, utilização de fármacos antivirais nirmatrelvir e rendesivir, bem como de anticorpos monoclonais tenham sido empregados contra COVID-19, baixas coberturas vacinais e o acúmulo de mutações de SARS-CoV-2 dificultam o controle da pandemia. Ademais, a possibilidade de seleção de linhagens resistentes às opções terapêuticas se apresenta como um agravante do cenário. Nesse sentido, se faz necessária a contínua obtenção de novas moléculas bioativas contra SARS-CoV-2. Portanto, o presente trabalho objetiva, empregando estratégias in silico e in vitro, a obtenção de moléculas bioativas com potencial atividade inibitória contra as proteases, Mpro e PLpro, de SARS-CoV-2. Inicialmente, um modelo de HQSAR (q2 = 0,964 e r2 = 0,975) foi selecionado para predição de ligantes com potencial atividade inibitória contra Mpro. Foram identificados 24 potenciais inibidores que seguiram para avaliação de inibição da atividade enzimática, sendo todos inativos (menor que 50% de inibição) a 10 µM. Posteriormente, foram selecionadas estruturas cristalográficas das proteases para predições de sítios de ligação e feitas análises de acoplamento molecular (redocking) para construção de modelos farmacofóricos baseados nas Mpro e PLpro de SARS-CoV-2 e outros coronavírus. Estes foram utilizados em triagens virtuais para seleção de potenciais inibidores em quimiotecas (BraCoLi, DrugBank, GMR, NuBBE e ZINC15) totalizando 6,8 milhões de moléculas. A triagem virtual dos alvos foi conduzida e 46 hits de duas quimiotecas disponíveis (DrugBank e GMR) foram obtidos. Dentre as moléculas triadas (14 à pronta disposição), nenhuma apresentou inibição da atividade enzimática (maior que 50%) contra Mpro e PLpro até 10 µM. Posteriormente, uma série de 127 análogos estruturais dos 46 hits virtuais indisponíveis foi avaliada nos ensaios enzimáticos, e cinco dentre as 127 moléculas tiveram suas concentrações inibitória (IC50) determinadas para Mpro de SARS-CoV-2 (0.086 ± 0.0015 a 16.42 ± 0.095 µM), sendo dois ativos contra as Mpro de SARS-CoV e MERS-CoV (0.11 ± 0.0175 a 3.786 ± 0.64 µM) e todos inativos para PLpro. Adicionalmente, extratos e isolados triterpenos planejados contra SARS-CoV-2 foram avaliados quanto a sua citotoxicidade e atividade antiviral pelo ensaio de MTT, determinando as concentrações citotóxica (CC50) e efetiva de 50% (CE50) contra um coronavírus murino (MHV-3). Quatro substâncias apresentaram atividade antiviral, com índices de seletividade (IS) entre 1,08 e 34,36. Tomadas em conjunto, as estratégias computacionais empregadas foram capazes de obter inibidores preditos in silico e determinados in vitro, demonstrando o potencial e sucesso no planejamento de moléculas bioativas contra SARS-CoV-2.
Abstract: As of January 25, 2023, approximately 664.8 million SARS-CoV-2 infections have been reported worldwide, with over 6.72 million deaths notified over the last three years. Whilst non-pharmacological interventions, vaccines’ development and distribution, direct antiviral drugs approval (e.g., nirmatrelvir and remdesivir), as well as monoclonal antibodies have been employed against COVID-19, low vaccine coverage and new SARS-CoV-2 mutations negatively impact the control of the pandemic scenario. In addition, the possibility of resistant strains can limit therapeutic options. In this sense, it is still necessary to design and develop bioactive molecules against SARS-CoV-2. Therefore, the present work aims to obtain new inhibitors against SARS-CoV-2 proteases, Mpro and PLpro, employing in silico and in vitro approaches. Initially, an HQSAR model (q2 = 0.964 and r2 = 0.975) was selected to predict ligands with potential inhibitory activity against Mpro. Here, 24 potential inhibitors obtained followed to enzymatic inhibition activity determination, all of which were inactive (less than 50% inhibition) at 10 µM. Subsequently, crystallographic structures of the proteases were selected for binding sites predictions and molecular docking analysis (redocking) to build pharmacophoric models based on SARS-CoV-2 and other coronaviruses Mpro and PLpro. These were used in virtual screening campaigns to select potential inhibitors in chemical libraries (BraCoLi, DrugBank, GMR, NuBBE and ZINC15), from a total of 6.8 million compounds. Virtual screening was conducted to both targets obtaining 46 compounds from two available libraries (DrugBank and GMR). Among the screened compounds (14 available in house), none showed inhibitory activity (over 50% inhibition) against Mpro and PLpro up to 10 µM. A series of 127 synthetic structural analogues of the 46 unavailable virtual hits were evaluated in enzymatic assays, and five out of 127 compounds had their 50% inhibitory concentrations (IC50) determined for SARS-CoV-2 Mpro (0.086 ± 0.0015 to 16.42 ± 0.095 µM). Two compounds were also active against SARS-CoV and MERS-CoV Mpro (0.11 ± 0.0175 to 3.786 ± 0.64 µM), and all 127 were inactive against PLpro. In addition, plant extracts and triterpene isolates designed against SARS-CoV-2 were evaluated for their cytotoxicity and antiviral activity by MTT assay, determining 50% cytotoxic concentration (CC50) and 50% effective concentration (EC50) against a murine coronavirus (MHV-3). Four compounds showed antiviral activity, with selectivity indexes (SI) between 1.08 and 34.36. Taken together, the computational strategies employed were able to obtain inhibitors predicted in silico and determined in vitro, demonstrating the potential and success in the planning of bioactive molecules against SARS-CoV-2.
Subject: Microbiologia
Antivirais
Betacoronavirus
Inibidores de Proteases
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Microbiologia
Rights: Acesso Restrito
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/55604
Issue Date: 17-Feb-2023
metadata.dc.description.embargo: 17-Feb-2025
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