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Tipo: Dissertação
Título: Investigação do potencial impacto de substituições em subtipos de cruzipaínas nas interações com inibidores
Autor(es): Lucas Abreu Diniz
primer Tutor: Rafaela Salgado Ferreira
primer Co-tutor: Estela Mariana Guimarães Lourenço
metadata.dc.contributor.advisor-co2: Viviane Corrêa Santos
primer miembro del tribunal : Lucianna Helene Silva dos Santos
Segundo miembro del tribunal: Lucas Bleicher
Resumen: Apesar de ter sido descoberta em 1909, a doença de Chagas continua sendo um grave problema de saúde pública e social, especialmente na América Latina. Os tratamentos disponíveis apresentam eficácia limitada na fase crônica da doença e estão associados a efeitos adversos significativos. Nesse contexto, a cruzaína (cruzipaína 1), uma cisteíno-protease essencial para a sobrevivência do Trypanosoma cruzi, tem sido explorada como alvo terapêutico para o desenvolvimento de novos inibidores. No entanto, apesar do seu potencial, os diferentes subtipos de cruzipaínas ainda são pouco estudados, sobretudo no que diz respeito às variações estruturais que podem influenciar a interação com ligantes. Neste estudo, empregamos abordagens computacionais para investigar os impactos das substituições de aminoácidos nos subtipos de cruzipaínas na interação com inibidores descritos para a cruzaína. Para isso, estabelecemos um protocolo de docking molecular, validado por meio de análises de enriquecimento e redocking. A análise de enriquecimento revelou que o programa foi capaz de discriminar entre compostos ativos e decoys (AUC = 0,83), enquanto o redocking apresentou uma taxa de sucesso de 52%, demonstrando a viabilidade do protocolo para o estudo das cruzipaínas. Modelos estruturais dos diferentes subtipos foram gerados por modelagem comparativa e utilizados nas simulações de docking. Substituições nos subsítios S2 e S3 tiveram maior impacto nas poses obtidas, com resíduos volumosos, como Phe61, obstruindo parcialmente essas regiões e influenciando o posicionamento dos ligantes. Além disso, as análises de rescoring mostraram que as substituições no sítio ativo também modificam o perfil de interação com os inibidores, resultando em variações nos valores de energia estimada entre as cruzipaínas. As simulações de dinâmica molecular do ligante 16 com as cruzipaínas revelaram variações na estabilidade dos complexos. Para a cruzipaína 2, o inibidor permaneceu no sítio ativo durante toda a simulação. Em contrapartida, a presença de Phe61 e Trp67 na cruzipaína 3.7 resultou em menor estabilidade, refletida pela perda de interação do inibidor com o sítio ativo. Para a cruzipaína 3.9, na qual apenas Trp67 está presente, o impacto sobre a estabilidade foi menos acentuado, com o inibidor permanecendo no sítio ativo por um maior período de simulação. No complexo com a cruzipaína 4, o inibidor apresentou alta instabilidade no sítio ativo em todas as réplicas realizadas. Em particular, a substituição de Glu208 por Gly resultou na perda de uma interação de hidrogênio com o anel fenólico do inibidor, o que pode ter contribuído para a menor estabilidade observada. Esses achados contribuem para a compreensão das diferenças estruturais entre os subtipos de cruzipaínas e seu potencial impacto na interação com inibidores, contribuindo para o desenvolvimento de estratégias terapêuticas contra a doença de Chagas.
Abstract: Despite being discovered in 1909, Chagas disease remains a major public health and social problem, particularly in Latin America. The available treatments have limited efficacy in the chronic phase of the disease and are associated with significant adverse effects. In this context, cruzain (cruzipain 1), a cysteine protease essential for the survival of Trypanosoma cruzi, has been explored as a therapeutic target for the development of new inhibitors. However, despite its potential, the different subtypes of cruzipain are still poorly studied, especially regarding the structural variations that may influence the interaction with ligands. In this study, we employed computational approaches to investigate the impact of substitutions in cruzipain subtypes on the interaction with inhibitors described for cruzain. To achieve this, we established a molecular docking protocol, validated through enrichment and redocking analyses. The enrichment analysis revealed that the program was able to discriminate between active compounds and decoys (AUC = 0.83), while redocking showed a success rate of 52%, demonstrating the protocol’s viability for studying cruzipains. Structural models of the different subtypes were generated by comparative modeling and used in docking simulations. The results indicated that substitutions in the S2 and S3 subsites had a greater impact on the obtained poses, with bulky residues such as Phe61 partially obstructing these regions and influencing ligand positioning. Additionally, rescoring analyses showed that substitutions in the active site also modified the interaction profile with the inhibitors, resulting in variations in the estimated energy values between cruzipain subtypes. Molecular dynamics simulations of ligand 16 with cruzipains revealed variations in complex stability. In cruzipain 2, the inhibitor remained in the active site throughout the entire simulation. In contrast, the presence of Phe61 and Trp67 in cruzipain 3.7 led to reduced stability, reflected by the loss of inhibitor interaction with the active site. In cruzipain 3.9, in which only Trp67 is present, the impact on stability was less pronounced, with the inhibitor remaining in the active site for a longer simulation period. In the complex with cruzipain 4, the inhibitor exhibited high instability in the active site across all replicas. Notably, the substitution of Glu208 by Gly resulted in the loss of a hydrogen bond with the phenolic ring of the inhibitor, which may have contributed to the lower stability observed. These findings contribute to the understanding of the structural differences between cruzipain subtypes and their potential impact on interactions with inhibitors, aiding in the development of therapeutic strategies against Chagas disease.
Asunto: Bioquímica e imunologia
Doença de Chagas
Inibidores de Cisteína Proteinase
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Institución: UFMG
Departamento: ICB - DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA E IMUNOLOGIA
Curso: Programa de Pós-Graduação em Bioquímica e Imunologia
Tipo de acceso: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/83340
Fecha del documento: 28-abr-2025
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