00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IQB - Instituto de Química e Biotecnologia TRABALHOS DE CONCLUSÃO DE CURSO (TCC) - GRADUAÇÃO - IQB Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) - Graduação - QUÍMICA - IQB
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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Uso da triagem virtual baseada na estrutura do receptor (SBVS) para o reposicionamento de fármacos no combate à COVID-19
Título(s) alternativo(s): Use of receptor structure-based virtual screening (SBVS) for drug repositioning in the fight against COVID-19
Autor(es): Nascimento, Vanessa Lima do
Primeiro Orientador: Aquino, Thiago Mendonça de
metadata.dc.contributor.referee1: Silva Júnior, Edeildo Ferreira da
metadata.dc.contributor.referee2: Monteiro, Kadja Luana Chagas
Resumo: Os esforços da comunidade científica na buscar opções terapêuticas para o tratamento da COVID-19 tornou-se impreterível em razão da gravidade da situação, com altos índices de casos e elevadas taxas de mortalidade ao redor do mundo. Por causa da ausência de fármacos específicos a condição clínica de diversos pacientes pode ser agravada por infecções secundárias letais ocasionadas por bactérias e fungos. Diante disto, a utilização de estratégias da química medicinal, como a triagem virtual e o reposicionamento de fármacos, tornaram-se ainda mais relevantes para o enfretamento da pandemia, tendo em vista que ferramentas como estas reduzem o tempo de pesquisa, o custo e o número de compostos a serem sintetizados e testados. Neste trabalho foi utilizada uma metodologia de triagem virtual baseada na estrutura do receptor (SBVS - Structure-Based Virtual Screening) com o objetivo de identificar fármacos aprovados ou em fase clínica de desenvolvimento não reportados na literatura como novas alternativas terapêuticas para a COVID-19. A linha de pesquisa que foi explorada encontra-se fundamentada na estratégia de reposicionamento de fármacos inibidores que possam se ligar de forma covalente e irreversível à enzima serina protease transmembrana 2 (TMPRSS2). Inicialmente, foi realizada a busca de fármacos aceptores de Michael em bancos de dados como NIH Chemical Genomics Center (NCGC), Pharmaceutical Collection (NPC), ChEMBL, DrugBank e PubChem. Estes fármacos foram desenhados e tiveram a minimização da energia estrutural procedida. Com a estrutura tridimensional de TMPRSS2 ainda não reportada até o início de abril de 2021, foi realizada a modelagem molecular por homologia deste alvo biológico usando como molde a serina protease hepisina. Com isto, verificou-se que a identidade sequencial entre o molde e o alvo de interesse apresentava 33.82%, com cobertura de 70% e desvio quadrático médio (RMSD) igual 0.111. Também foi conferido que os resíduos pertencentes a tríade catalítica da TMPRSS2 (Ser441, His296 e Asp345) encontravam-se conservados e, por meio do gráfico de Ramachadran certificou-se que 92.2% de todos os resíduos se encontram em regiões favoráveis, e 99.1% de todos os resíduos em regiões permitidas. Em seguida, efetuou-se a validação do protocolo virtual de docking com diversas substâncias inibidores da TMPRSS2, em que foi avaliado tanto a estrutura homóloga quanto a que foi resolvida experimentalmente. Após realizar o docking com todas as moléculas nos dois arquivos .pdb da enzima, observou-se que as mesmas apresentaram resultados mais consistente de interação com os resíduos essenciais do sítio catalítico quando utilizado a estrutura 3D construída por homologia. Dessa forma, foi utilizado esta última para a execução das etapas de ancoragem molecular com inspeção visual e obtenção dos valores de fitscore, e também dos cálculos de energia de docking covalente dos fármacos potenciais oriundos do processo anterior. Para a triagem virtual, empregou-se parâmetros como filtros de seleção dos fármacos potenciais inibidores da TMPRSS2, sempre comparando com os fármacos padrões camostato e nafamostato: valores de fitscore, interação como os resíduos da tríade catalítica, distância em angstrom entre o oxigênio da Ser441 e o carbono eletrofílico dos aceptores de Michael, e valores de energia do docking covalente. Assim, dentro os 230 ligantes que foram ancorados na TMPRSS2 e corresponderam os parâmetros designados, identificou-se três fármacos (dois antibióticos e um com ação anticâncer) como possíveis candidatos para o reposicionamento no tratamento da COVID-19.
Abstract: The efforts of the scientific community in seeking therapeutic options for the treatment of COVID-19 have become imperative due to the seriousness of the situation, with high case rates and high mortality rates around the world. Because of the absence of specific drugs, the clinical condition of many patients can be aggravated by lethal secondary infections caused by bacteria and fungi. In view of this, the use of medicinal chemistry strategies, such as virtual screening and drug repositioning, have become even more relevant in the fight against the pandemic, since tools such as these reduce the research time, the cost and the number of compounds to be synthesized and tested. In this work, a Structure-Based Virtual Screening (SBVS) methodology was used to identify approved or clinically developed drugs not reported in the literature as new therapeutic alternatives for COVID-19. The line of research that was explored is based on the strategy of repositioning inhibitor drugs that can covalently and irreversibly bind to the transmembrane serine protease enzyme 2 (TMPRSS2). Initially, a search for Michael acceptor drugs was conducted in databases such as NIH Chemical Genomics Center (NCGC), Pharmaceutical Collection (NPC), ChEMBL, DrugBank and PubChem. These drugs were designed and had structural energy minimization proceeded. With the three-dimensional structure of TMPRSS2 not yet reported by early April 2021, molecular homology modeling of this biologic target was performed using the serine protease hepisin as a template. With this, the sequence identity between the template and the target of interest was found to be 33.82%, with 70% coverage and a root mean square deviation (RMSD) equal to 0.111. It was also verified that the residues belonging to the catalytic triad of TMPRSS2 (Ser441, His296, and Asp345) were conserved, and by means of Ramachadran plot it was certified that 92.2% of all residues are in favorable regions, and 99.1% of all residues are in allowed regions. Next, validation of the virtual docking protocol was performed with several TMPRSS2 inhibitors, where both the homologous structure and the experimentally solved one were evaluated. After performing the docking with all molecules in the two .pdb files of the enzyme, it was observed that they presented more consistent results of interaction with the essential residues of the catalytic site when using the 3D structure built by homology. Thus, the latter was used for the execution of the molecular docking steps with visual inspection and obtaining the fitscore values, and also the covalent docking energy calculations of the potential drugs arising from the previous process. For the virtual screening, parameters were used as selection filters for potential TMPRSS2 inhibitor drugs, always comparing with camostat and nafamostat standard drugs: fitscore values, interaction with catalytic triad residues, angstrom distance between the oxygen of Ser441 and the electrophilic carbon of Michael acceptors, and covalent docking energy values. Thus, within the 230 ligands that were anchored to TMPRSS2 and matched the designated parameters, three drugs (two antibiotics and one with anticancer action) were identified as possible candidates for repositioning in the treatment of COVID-19.
Palavras-chave: Covid-19
Reposicioanamento de fármacos
SBVS
TMPRSS2
Docking
Drug repositioning
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.department: Curso de Química
Citação: Nascimento, Vanessa Lima do. Uso da triagem virtual baseada na estrutura do receptor (SBVS) para o reposicionamento de fármacos no combate à COVID-19. 2022. 94 f. Monografia (Trabalho de Conclusão de Curso em Química: Bacharelado) – Instituto de Química e Biotecnologia, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/9038
Data do documento: 5-abr-2022
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