Desenvolvimento de inibidor enzimático β-secretase (BACE-1 ... ... UNIVERSIDADE DE...

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  • UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

    FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS

    Curso de Graduação em Farmácia-Bioquímica

    Desenvolvimento de inibidor enzimático β-secretase (BACE-1), por

    planejamento de fármaco, para bloqueio no avanço da doença de

    Alzheimer.

    Rodrigo Soares Siqueira

    Trabalho de Conclusão do Curso de

    Farmácia-Bioquímica da Faculdade de

    Ciências Farmacêuticas da

    Universidade de São Paulo.

    Orientador(a):

    Prof. Dr. Gustavo Henrique Goulart

    Trossini.

    São Paulo

    2017

  • 1

    SUMÁRIO

    Pág.

    Lista de Abreviaturas----------------------------------------------------------------------- 2

    RESUMO-------------------------------------------------------------------------------------- 3

    1. INTRODUÇÃO----------------------------------------------------------------------------- 4

    1.1 A Doença: epidemiologia, diagnóstico e fisiopatologia. --------------

    1.2 Estágios Clínicos da Doença de Alzheimer. ----------------------------

    1.3 Fisiopatologia. ---------------------------------------------------------------

    1.4 Hipóteses do Amiloide Beta (Aβ), ação da BACE-1----------------------

    1.5 Avanços na descoberta de inibidores BACE-1(LBDD e SBDD)-----------

    5

    6

    7

    7

    8

    2. OBJETIVOS-------------------------------------------------------------------------------- 10

    2.1 Objetivos específicos---------------------------------------------------------- 10

    3. MATERIAIS E MÉTODOS------------------------------------------------------------------ 10

    3.1 Ferramentas Computacionais------------------------------------------------ 10

    3.2 Seleção da Estrutura 3D------------------------------------------------------ 11

    3.3 Campos de Interação Molecular--------------------------------------------- 11

    3.4 Docking-------------------------------------------------------------------------- 11

    3.5 Virtual Screening-------------------------------------------------------------- 12

    4. RESULTADOS------------------------------------------------------------------------------ 12

    4.1 Alinhamento dos resíduos de 10 estruturas cristalográficas no

    programa BIOEDIT® (visão 1D).--------------------------------------------------

    12

    4.2 Visualização 3D no Pymol® e tratamento da estrutura PDB: 3TPP--- 12

    4.3 Avaliação das Interações ---------------------------------------------------- 14

    4.4 Construção do Modelo Farmacofórico------------------------------------- 14

    4.5 Validação do Modelo Farmacofórico.-------------------------------------- 16

    4.6 ReeDocking-------------------------------------------------------------------- 17

    4.7 Triagem Virtual (do inglês Virtual Screening – VS)----------------------- 17

    4.8 Docking das estruturas do VS----------------------------------------------- 18

    5. DISCUSSÃO-------------------------------------------------------------------------------- 20

    6. CONCLUSÃO------------------------------------------------------------------------------- 22

    7. Referências------------------------------------------------------------------------------- 22

  • 2

    LISTA DE ABREVIATURAS

    Aβ Amiloide β

    ADI Alzheimer's Disease International

    APP Amyloid Precursor Protein

    DA Doença de Alzheimer

    BACE-1 Beta-site Amyloid precursor protein Cleaving Enzyme 1

    CADD Computer-Aided Drug Design

    IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística.

    LBDD Ligand-Based Drug Design

    LITEC Laboratório de Integração entre Técnicas Experimentais e

    Computacionais no Planejamento de Fármacos

    MIF Molecular Fields Interactions

    OMS Organização Mundial da Saúde.

    PDB Protein Data Bank

    RCSB Research Collaboratory for Structural Bioinformatics

    ROC Receiver Operating Characteristic

    sAPPα e

    sAPPβ

    soluble Amyloid Precursor Protein α e β

    SBDD Structure-Based Drug Design

    VS virtual screening

  • 3

    RESUMO

    SIQUEIRA,R.S. Desenvolvimento de inibidor enzimático β-secretase (BACE-1), por planejamento de fármaco, para bloqueio no avanço da doença de Alzheimer. 2017. 26f. Trabalho de Conclusão de Curso de Farmácia-Bioquímica – Faculdade de Ciências Farmacêuticas – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2017. A Doença de Alzheimer (DA) acomete grande parcela da população idosa, chegando a mais de 40% das pessoas acima de 85 anos. Até o presente momento, não há medicamento capaz de evitar ou frear totalmente o desenvolvimento da DA. Uma das hipóteses mais aceitas para o surgimento e avanço da DA é o desenvolvimento das placas neuríticas (constituídas de

    peptídeo β-amiloide) em regiões do cérebro responsáveis pela memória. O peptídeo β-amiloide (fragmento c99 resíduos C-terminal, via Amiloidogênica) é derivado da clivagem da proteína APP (Proteína Precursora Amiloide), quando

    participa a enzima β-secretase (BACE-1); sendo assim, o desenvolvimento de um bloqueador da BACE-1 poderia resultar em avanço no arsenal terapêutico de combate a DA. Este trabalho tem como objetivo o planejamento computacional de um inibidor para a BACE-1, utilizando diversas técnicas de modelagem e planejamento molecular, culminando em uma triagem virtual, tomando como base um inibidor já descrito e caracterizado nos depósitos do PDB. Palavras-chave: Planejamento de Fármacos, Inibidor BACE-1, Doença de Alzheimer.

  • 4

    1- Introdução

    A Doença de Alzheimer (DA) é uma patologia neurodegenerativa que acomete

    principalmente populações acima de 60 anos, até o momento não existe cura,

    apenas tratamentos que retardam o progresso da doença e controlam os

    sintomas, melhorando a qualidade de vida do paciente, mas sem muito

    sucesso a longo prazo(1).

    Dois achados fisiopatológicos têm despertado interesse da comunidade

    científica na busca de prognósticos melhores para a DA, emaranhados

    neurofibrilares (hiperfosforilação da proteína tau) e placas neuríticas ou senis

    (acúmulo de proteína β-amiloide).

    Os esforços para encontrar novos fármacos para o tratamento da DA veem

    recaindo no bloqueio e/ou regressão das placas β-amiloides, originadas do

    processamento da proteína transmembrânica APP (Proteína Precursora

    Amiloide). Tal proteína é clivada em sua parte extracelular por uma protease

    aspártica, α- secretase ou β-secretas (BACE-1), e posteriormente, na parte

    transmembrânica, pela γ-secretase (2).

    As enzimas α-secretase (liberação do fragmento sAPPα) e a γ-secretase, tem

    ação pela clivagem da APP gerando um fragmento com 83 resíduos, C-

    terminal (c83), esta via é não amiloidogênica. Já, quando atuam as enzimas β-

    secretase (liberação do fragmento sAPPβ) e a γ-secretase, é gerado o

    fragmento com 99 resíduos C-terminal (c99), esta é a via amiloidogênica

    (Figura-1). O fragmento c99 conhecido como Amiloide-β (Aβ), se apresenta

    como maior responsável pelo aparecimento das placas β-amiloide (2).

    Figura 1. Ilustração das clivagens realizadas pelas secretases, com a via

    amiloidogênia e não amiloidogênica; surgimento do fragmento Aβ e do

    agregado (modificado de ROBBINS E COTRAN1).

  • 5

    A neurotoxicidade, atribuída às placas β-amiloides, aumentam o estresse

    oxidativo, gerando resposta inflamatória (micróglia), o que pode estimular a

    secreção de mediadores causadores de danos. Além disso, as placas β-

    amiloides são marcadores histológicos para DA, além de parecerem ter

    cronologia anterior ao surgimento dos emaranhados neurofibrilares, os quais

    podem surgir em resposta às placas (3).

    Seguindo esta linha de raciocínio, a ação da enzima β-secretase (BACE-1),

    que em última análise gera as placas β-amiloides, é um ponto crucial no

    desenvolvimento da DA. Sendo assim, este trabalho pretende realizar uma

    triagem virtual de candidatos inibidores da BACE-1, por meio de técnicas

    computacionais de planejamento de fármaco.

    1.1 - A Doença: epidemiologia, diagnóstico e fisiopatologia.

    O relatório da Organização Mundial da Saúde (OMS) de 2012, em conjunto

    com Associação Internacional de Doença de Alzheimer (ADI), estima que 35,5

    milhões de pessoas apresentavam quadro de demência no mundo, e que no

    ano de 2050 o número pode chegar a 115,4 milhões. Destes casos, até 70%

    estariam relacionados à DA(7). Sendo demência a deterioração intensa da

    função cognitiva, interferindo com o desempenho social e ocupacional do

    doente. A função cognitiva é descrita como o processo pelo qual as

    informações são transformadas, elaboradas, guardadas, recuperadas e

    utilizadas, gerando a habilidade de aprender e manipular informações(8).

    Segundo o IBGE (2012), há uma pessoa de mais de 60 anos para cada duas

    pessoas com menos de 15 anos (9), o que deixa claro o envelhecimento