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https://www.arca.fiocruz.br/handle/icict/68845
PROSPECÇÃO DE INIBIDORES DA ENOIL-ACP REDUTASE DE PLASMODIUM FALCIPARUM A PARTIR DE ABORDAGENS IN SILICO E IN VITRO
Enoil-(Proteína de Transporte de Acila) Redutase (NADH)
Simulação de Acoplamento Molecular
Simulação de Dinâmica Molecular
Técnicas In Vitro
Oliveira, George Azevedo Reis de | Date Issued:
2024
Alternative title
Prospecting for inhibitors of Plasmodium falciparum enoyl-ACP reductase using in silico and in vitro approachesAdvisor
Co-advisor
Comittee Member
Affilliation
Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract in Portuguese
A malária, é uma doença parasitária causada por protozoários do gênero Plasmodium. O Plasmodium falciparum é a espécie mais virulenta e responsável por formas graves da doença. Apesar da disponibilidade de medicamentos antimaláricos eficazes, o surgimento da resistência aumentou a urgência do desenvolvimento de novos compostos terapêuticos. Neste estudo, investigamos a enzima 2-trans enoil-ACP redutase do Plasmodium falciparum (PfENR) como um alvo molecular promissor para a descoberta de medicamentos antimaláricos. O estudo foi conduzido em duas etapas: I) experimentos in silico e II) experimentos in vitro. Na fase inicial, realizamos uma busca bibliográfica para identificar derivados do triclosan testados in vitro contra a PfENR e montamos a biblioteca 1 com 96 compostos. Os ligantes da biblioteca 1 foram docados à PfENR elencada e os dois primeiros ligantes que apresentam melhor energia de ligação foram escolhidos como LD1 (CID: 44405336) e LD2 (CID: 72703246). A partir dos ligantes LD1 e LD2 realizamos uma triagem virtual no PUBCHEM com base no coeficiente de Tanimoto e foram encontrados 335 ligantes, ligantes ainda não testados para PfENR, para compor a biblioteca 2. A biblioteca 2 foi submetida ao docagem molecular nos programas Autodock vina e DockThor e os dois primeiros ligantes com melhor energia de ligação (LG1 e LG2) foram selecionados para os testes de dinâmica molecular e aquisição comercial para a etapa de testes in vitro de inibição da PfENR. O Ligante 1 (LG1) mostrou interações semelhantes do LD1, incluindo ligações de hidrogênio com Asp218, enquanto o Ligante 2 (LG2) apresentou energia de ligação superior comparável a LD1 e LD2, apesar da falta de interações de ligações de hidrogênio específicas observadas nos compostos de controle triclosan e seu derivado CHJ. Após validação computacional, utilizando o método MM/GBSA para estimar a energia livre de ligação, os ligantes LG1 e LG2 foram adquiridos comercialmente foram submetidos a testes in vitro. Obtivemos a PfENR através da expressão recombinante em Escherichia coli com um rendimento de aproximadamente 28 mg/L. Os ensaios de inibição foram realizados para avaliar seu potencial como inibidores de PfENR juntamente com o triclosan como composto de controle. O LG1 não exibiu atividade inibitória frente à PfENR, enquanto LG2 (IC50 = 3,95 µM) mostrou efeitos inibitórios equivalentes ao padrão triclosan (IC50 = 3,58 µM). Em conclusão, empregando uma abordagem abrangente que integra metodologias computacionais e experimentais este estudo contribui com informações significativas para o desenvolvimento de novos medicamentos antimaláricos, identificando o LG2 como um potencial inibidor da PfENR.
Abstract
Malaria is a parasitic disease caused by protozoa of the genus Plasmodium. Plasmodium falciparum is the most virulent species and is responsible for severe forms of the disease. Despite the availability of effective antimalarial drugs, the emergence of resistance has increased the urgency for the development of new therapeutic compounds. In this study, we investigated the 2-trans enoyl-ACP reductase enzyme of Plasmodium falciparum (PfENR) as a promising molecular target for the discovery of antimalarial drugs. The study was conducted in two stages: I) in silico experiments and II) in vitro experiments. In the initial phase, we conducted a literature search to identify triclosan derivatives tested in vitro against PfENR and assembled library 1 with 96 compounds. The ligands from library 1 were docked to PfENR, and the two ligands with the best binding energy were chosen as LD1 (CID: 44405336) and LD2 (CID: 72703246). Using LD1 and LD2 as starting points, a virtual screening in PUBCHEM based on the Tanimoto coefficient resulted in 335 ligands, which had not been tested for PfENR, to form library 2. Library 2 underwent molecular docking using Autodock Vina and DockThor programs, and the top two ligands with the best binding energy (LG1 and LG2) were selected for molecular dynamics tests and commercial acquisition for in vitro testing of PfENR inhibition. Ligand 1 (LG1) showed similar interactions to LD1, including hydrogen bonding with Asp218, while Ligand 2 (LG2) exhibited a superior binding energy comparable to LD1 and LD2, despite lacking specific hydrogen bonding interactions observed in the triclosan and its derivative CHJ control compounds. After computational validation using the MM/GBSA method to estimate the binding free energy, ligands LG1 and LG2 were commercially acquired and subjected to in vitro tests. PfENR was obtained through recombinant expression in Escherichia coli with a yield of approximately 28 mg/L. Inhibition assays were conducted to assess their potential as PfENR inhibitors alongside triclosan as a control compound. LG1 showed no inhibitory activity against PfENR, while LG2 (IC50 = 3.95 µM) exhibited inhibitory effects equivalent to the triclosan standard (IC50 = 3.58 µM). In conclusion, employing a comprehensive approach that integrates computational and experimental methodologies, this study provides significant information for the development of new antimalarial drugs, identifying LG2 as a potential PfENR inhibitor.
Keywords in Portuguese
Malária FalciparumEnoil-(Proteína de Transporte de Acila) Redutase (NADH)
Simulação de Acoplamento Molecular
Simulação de Dinâmica Molecular
Técnicas In Vitro
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