Aplicação de ferramentas de quimioinformática na comparação da estrutura tridimensional da dihidrofolato redutase expressa em diferentes organismos / Application of cheminformatics tools for comparing dihydrofolate reductase's tridimensional structure expressed by different organisms

A quimioinformática, definida como o emprego de técnicas informáticas na solução de problemas da química, evolui em conjunto com o desenvolvimento de ferramentas computacionais e é de grande relevância para o planejamento racional de fármacos ao otimizar etapas do desenvolvimento de novas moléculas e economizar recursos e tempo. Dentre as técnicas disponíveis destacam-se o planejamento de fármacos baseado na estrutura e no ligante, que quando combinadas auxiliam na identificação e otimização de moléculas ativas frente a alvos farmacológicos. A Dihidrofolato Redutase (DHFR) é uma importante enzima da via dos folatos que catalisa a redução do dihidrofolato em tetrahidrofolato, utilizando NADPH como cofator, reação essencial para a replicação celular, visto que este ciclo resulta na síntese de precursores das bases nitrogenadas que compõem o DNA, consequentemente, inibidores de DHFR são utilizados no tratamento de infecções bacterianas e alguns tipos de câncer. Trypanosoma cruzi, protozoário causador da doença de chagas, é um dos organismos que expressam a DHFR, além do próprio Homo sapiens. Analisaram-se ligantes conhecidos e as estruturas da proteína expressa pelos dois organismos, visando identificar pontos de divergência que possam ser explorados no planejamento de moléculas seletivas para o tratamento da doença de Chagas. Os 6 modelos cristalográficos de T. cruzi e 2 de H. sapiens foram obtidos do banco de dados de proteínas (PDB) após aplicação de filtros de qualidade. Foram analisadas as sequências de aminoácidos dos modelos, com o uso do Cluster Ômega, sua estrutura tridimensional com os programas Pymol e Chimera X, além da análise das cavidades proteicas com o CavityPlus, que também gerou os farmacóforos de ambos alvos. A análise de estrutura primária identificou mutações em três aminoácidos nos cristais do parasita, que podem ser explicados por diferentes caminhos evolutivos de grupos segregados, embora nenhuma mutação observada esteja em regiões de sítio ativo. A análise dos modelos permitiu que fossem identificados os 25 aminoácidos que estão a menos de 5 Å de distância dos ligantes de T. cruzi, sendo 5 aminoácidos responsáveis por interações de hidrogênio com pelo menos um dos ligantes analisados. Destes, 18 se repetem na proteína humana ou são substituídos por outro aminoácido que mantém a mesma interação. Quanto às diferenças observadas, destacam-se a asparagina 44 substituída por uma prolina na proteína humana e a prolina 92, substituída por uma lisina. A análise de cavidades identificou três cavidades em cada proteína, embora somente as cavidades correspondentes ao sítio ativo sejam druggables. A cavidade da proteína humana é maior e mais alongada, além de apresentar o aspecto de um túnel, enquanto a cavidade da proteína parasita é mais aberta, tal abertura permite que ligantes com o anel benzeno meta substituídos explorem uma região existente na cavidade de T. cruzi que é fechada na humana. O farmacóforo de ambas proteínas foi identificado, apresentando diferenças no tamanho e angulação que também podem ser explorados no planejamento de fármacos seletivos

Chemoinformatic, defined as the use of informatic techniques to solve chemical problems, has evolved together with new computational tools and it is quite important for rational drug designing, by optimizing different steps on the development pipeline of new molecules, saving resources and time. From all the available tools, structure and ligand based drug design shall be highlighted, when combined, they support the identification and optimization of active molecules from pharmaceutical targets. Dihydrofolate reductase (DHFR) is an important enzyme of the folate pathway that catalyzes the reduction of dihydrofolate to tetrahydrofolate, by using NADPH as cofactor. This reaction is essential for cell replication, as this pathway results in the synthesis of nucleobases that build the DNA. That's the reason why DHFR inhibitors are used for treating bacterial infections and some types of cancer. Trypanosoma cruzi, a protozoa that causes Chagas disease, is one of the organisms that express DHFR, besides Homo sapiens itself. This work analyzed known ligands and the structure of the protein expressed by both organisms, aiming to identify divergence points that could be explored for designing selective drugs for Chagas disease treatment. The 6 proteins crystallographic models from T. cruzi and 2 from H. sapiens were obtained from protein data bank (PDB) after the application of quality filters. The amino acid sequence of each model was analyzed by Clustal Omega, its tridimensional structure by Pymol and Chimera X and the cavity analysis by CavityPlus, that also generated the pharmacophore from both targets. The primary structure analysis identified mutations on three amino acids on the parasite christal, which may be explained by different evolutive paths from segregated groups, although none of the observed mutations are on the active site region. The model's analysis allowed the identification of 24 amino acids that are closer than 5 Å from the T. cruzi ligands, 5 of them responsible for hydrogen interactions on at least one of the ligands analyzed. 18 of them are repeated on the human protein or are replaced by another amino acid that preserves the same interaction. As by the differences observed that shall be highlighted, asparagine 44 is replaced by a proline on the human protein, and proline 92 by a lysin. The cavity analysis identified three cavities on each protein, although only the cavities of the active site are druggables. The human protein cavity is bigger and longer, besides it looks like its a tunnel, when the parasite protein is open, that opening allows ligands with benzene ring meta substituted to explore the existing regions of the T. cruzi protein that is closed on the human protein. Lastly, the pharmacophore from both proteins was identified, it shows differences on size and angulation that also could be explored in the designing of selective drugs

Metilación y expresión de genes en el cáncer diferenciado de tiroides / Methylation and expression of genes in thyroid differentiated cancer

En los últimos años ha cobrado importancia el estudio de las alteraciones epigenéticas en el desarrollo del cáncer. La metilación del ácido desoxirribonucleico es el cambio epigenético más frecuente e importante hasta ahora estudiado, y tiene un importante papel en la regulación transcripcional de genes. Recientemente se ha observado que existen patrones de metilación anormales en muchos tipos de cánceres, incluyendo el cáncer de tiroides, los cuales conducen a la inactivación de genes supresores de tumores y a la inestabilidad del genoma. La metilación de genes específicos, tales como, el cotransportador de yodo/sodio, la tiroglobulina y el receptor de la hormona estimulante del tiroides en el cáncer diferenciado de tiroides, es una de las causas de fallo en el tratamiento de los pacientes con esta enfermedad. Se ha iniciado el tratamiento con agentes desmetilantes en los pacientes con cáncer de tiroides que presentan una alteración genética por metilación, a fin de corregir estas alteraciones, restablecer la función, y con ello, la posibilidad de que el tratamiento sea efectivo(AU)

In past years the study of epigenetic alterations in the cancer development becomes significance. The methylation of desoxyribonucleic acid is the more frequent and important epigenetic change until now studied and play a significant role in the transcription regulation of genes. Recently it was noted the existence of abnormal methylation patterns in many types of cancer, including the thyroid one, which leading to inactivation of tumor suppressors genes and to genome instability. The methylation of specific genes such as the co-transporter of iodine/sodium, the thyroglobulin and the receptor of thyroid stimulant hormone (TSH) in the thyroid differentiated cancer, is one of the failure cause in treatment of patients presenting this disease. In patients with thyroid cancer it has been initiated a treatment with demethylation agents in patients with abovementioned cancer with a genetic alteration due to methylation to correct these alterations, to restore the function and thus the possibility of a effective treatment(AU)