Structure-Based and Molecular Modeling Studies for the Discovery of Cyclic Imides as Reversible Cruzain Inhibitors With Potent Anti-Trypanosoma cruzi Activity
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Estudos de modelagem molecular e baseados em estrutura para a descoberta de imidas cíclicas como inibidores reversíveis da cruzaína com potente atividade anti-Trypanosoma cruzi
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Resumo
A doença de Chagas causa cerca de 10.000 mortes por ano, principalmente na América Latina, onde é endêmica. Os agentes quimioterápicos atualmente disponíveis são ineficazes na fase crônica da doença, e a falta de inovação farmacêutica para a doença de Chagas destaca a necessidade urgente do desenvolvimento de novos medicamentos. A enzima cruzaína, a principal protease de cisteína do Trypanosoma cruzi , tem sido explorada como um alvo molecular validado para a descoberta de fármacos. Neste trabalho, descrevemos o planejamento, os estudos de modelagem molecular, a síntese e a avaliação biológica de imidas cíclicas como inibidores da cruzaína. Partindo de um inibidor da cruzaína na faixa micromolar ( 3a , IC50 = 2,2 μM), essa estratégia de otimização molecular resultou no inibidor na faixa nanomolar 10j (IC50 = 0,6 μM), que é altamente ativo contra amastigotas intracelulares de T. cruzi ( IC50 = 1,0 μM). Além disso, a maioria dos compostos mostrou-se seletiva para o *T. cruzi* em relação aos fibroblastos humanos, utilizados como células hospedeiras, e menos tóxica para as células hepáticas do que o benznidazol, um medicamento comercializado. Este estudo possibilitou a descoberta de uma nova diversidade química e estabeleceu relações estrutura-atividade robustas para orientar o desenvolvimento de inibidores otimizados da cruzaína como novos agentes tripanocidas.
Abstract
Chagas disease causes ~10,000 deaths each year, mainly in Latin America, where it is endemic. The currently available chemotherapeutic agents are ineffective in the chronic stage of the disease, and the lack of pharmaceutical innovation for Chagas disease highlights the urgent need for the development of new drugs. The enzyme cruzain, the main cysteine protease of Trypanosoma cruzi, has been explored as a validated molecular target for drug discovery. Herein, the design, molecular modeling studies, synthesis, and biological evaluation of cyclic imides as cruzain inhibitors are described. Starting with a micromolar-range cruzain inhibitor (3a, IC50 = 2.2 μM), this molecular optimization strategy resulted in the nanomolar-range inhibitor 10j (IC50 = 0.6 μM), which is highly active against T. cruzi intracellular amastigotes (IC50 = 1.0 μM). Moreover, most compounds were selective toward T. cruzi over human fibroblasts, which were used as host cells, and are less toxic to hepatic cells than the marketed drug benznidazole. This study enabled the discovery of novel chemical diversity and established robust structure-activity relationships to guide the design of optimized cruzain inhibitors as new trypanocidal agents.
Assunto
Trypanosoma cruzi, Enzimas, Desenho de fármacos, Farmacologia, Doença de chagas
Palavras-chave
Chagas disease, Trypanosoma cruzi, Cruzain, SAR, Medicinal chemistry, Synthesis, Inhibitors, Molecular docking
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https://www.frontiersin.org/journals/chemistry/articles/10.3389/fchem.2019.00798/full