Planejamento, síntese e avaliação biológica de candidatos a fármacos: busca de inibidores epigenéticos da Sirtuína 2 Sir2 / Design, synthesis and biological evaluation of drug candidates: search for Sirtuin 2 (Sir 2) epigenetic inhibitors

As doenças negligenciadas são causadas por agentes infecciosos e parasitários, como vírus, bactérias, protozoários e helmintos. Essas doenças são prevalentes em populações de baixa renda que vivem em países em desenvolvimento e são responsáveis por incapacitar e levar milhares de pessoas à morte. Este nome se dá pois, apesar de sua grande relevância médica, recebem pouca atenção dos governos e indústrias farmacêuticas. Dentre essas doenças podemos destacar a Doença de Chagas, doença infecciosa causada pelo parasita hemoflagelado Trypanosoma cruzi. Endêmica em 21 países, com 6 a 7 milhões de pessoas infectadas resultando em 7500 mortes por ano. A quimioterapia disponível contra essa parasitose é baseada em apenas dois medicamentos, o benznidazol e o nifurtimox, ativos principalmente na fase aguda da doença e com efeitos adversos graves que comprometem a adesão ao tratamento e, além disso, apesar dos enormes esforços na pesquisa de novos agentes antichagásicos em nível nacional e internacional, na maioria realizada academicamente, ainda não foram encontradas alternativas terapêuticas para a doença, persistindo, assim, a necessidade de descoberta e desenvolvimento de novos fármacos. O início de um planejamento de um novo fármaco se dá pela definição de um alvo bioquímico a ser utilizado na busca de moléculas que possam exercer a função de inibidores ou moduladores, conforme a atividade biológica desejada. Neste sentido, as sirtuínas 2 (Sir2) são enzimas que se mostraram essenciais para o crescimento in vitro do T. cruzi em suas formas amastigota e epimastigota. No caso de tripanossomatídeos, em geral, a superexpressão de Sir2 está relacionada à sobrevivência de formas amastigotas. Assim, essas evidências indicam que a Sir2 de tripanosomatídeos tem grande potencial como alvo biológico na busca e desenvolvimento de novos fármacos antichagásicos. O objetivo principal deste projeto foi identificar moléculas que apresentaram atividade inibitória para a sirtuína 2 de T. cruzi por meio da utilização da estratégia de Planejamento de Fármacos Baseada no Ligante - Ligand Based Drug Design (LBDD) e o desenvolvimento de análogos dos inibidores da Sir2. A modificação molecular está entre algumas das técnicas tradicionais usadas no desenvolvimento racional de um fármaco, e é usada principalmente no desenvolvimento de análogos, e busca melhorar as propriedades farmacocinéticas e/ou farmacodinâmicas de um protótipo, obter propriedades de interação semelhantes ao alvo e, em alguns casos, revelar uma atividade biológica. Com este intuito, análogos do sirtinol e da salermida foram sintetizados e uma nova rota sintética utilizando o microrreator em fluxo contínuo foi desenvolvida e apresentou rendimento superior quando comparado à síntese em bancada. A partir desta metodologia foram obtidos 20 compostos. Os ensaios in vitro contra formas amastigotas do T. cruzi indicaram que 8 compostos inibiram a atividade parasitária em mais de 50%, na dose de 10 µM, sendo que alguns destes apresentaram maior inibição parasitária quando comparados ao benznidazol, o fármaco de referência e único disponível no Brasil. Com estes resultados preliminares, novos ensaios estão sendo realizados para identificar potência e mecanismo de ação destes candidatos a agentes tripanomicidas

Neglected diseases are caused by infectious and parasitic agents such as viruses, bacteria, protozoa and helminths. These diseases are prevalent in low-income populations living in developing countries and are responsible for disabling and killing thousands of people. They get this name because, despite their great medical relevance, they end up receiving little attention from governments and pharmaceutical industries. Among these diseases, we can highlight Chagas disease, an infectious endemic disease caused by the hemoflagellate parasite Trypanosoma cruzi. This disease is endemic in 21 countries, with 6 to 7 million people infected resulting in 7,500 deaths per year. Chemotherapy is based on just two drugs, benznidazole and nifurtimox, which are mainly active in the acute phase of the disease. These drugs have adverse effects that compromise adherence, even more, considering that they are not effective from the point of view of the chronic phase of the disease. Despite the enormous efforts in researching new anti-chagasic agents at the national and international level, and mostly carried out academically, therapeutic alternatives for the disease have not yet been found, thus, the need for the discovery and development of new drugs persists. Sirtuins 2 (Sir2) are enzymes that have been shown to be essential for the in vitro growth of T. cruzi in its amastigote and epimastigote forms. In the case of trypanosomatids in general, Sir2 overexpression is related to the survival of amastigote forms. Sir2 inhibitors, such as sirtinol, have shown efficacy in leishmanicides. Thus, these evidences indicate that Sir2 from trypanosomatids can be considered as a biological target in the search and development of new anti-chagasic drugs. The beginning of a new drug planning study is the definition of a biochemical target to be used in the search for molecules that can play the role of inhibitors or modulators, according to the desired biological activity. The main objective of this project was to identify molecules that presented inhibitory activity to sirtuin 2 of T. cruzi using the Ligand Based Drug Design (LBDD) strategy of planning and the development of analogues of Sir2 inhibitors. Molecular modification is a traditional technique used in the rational development of a drug, as well as the use of natural products, combinatorial chemistry, high-throughput screening (HTS), among others. Mainly used in the development of analogues, molecular modification is applied for different purposes, among them, it seeks to improve the pharmacokinetic and/or pharmacodynamic properties of a prototype, obtain target-like interaction properties and, in some cases, reveal an activity biological. For this purpose, analogues of sirtinol and salermide were synthesized and a new synthetic route using the microreactor in continuous flow was developed and presented superior yield when compared to benchtop synthesis. From this methodology, 20 compounds were obtained. in vitro assays against amastigote forms of T. cruzi indicated that 8 compounds inhibited parasitic activity by more than 50% at a dose of 10 µM, and some of these showed greater parasitic inhibition when compared to benznidazole, the reference drug, and only available in Brazil. With these preliminary results, new assays are being carried out to identify the potency and mechanism of action of these candidate trypanocidal agents

Identificação de alterações bioquímicas em células epiteliais bronquiais humanas normais expostas a fumarato / Identification of biochemical changes in normal human bronchial epitelial cells exposed to fumarate

A reprogramação metabólica de células do câncer é apontada como uma característica essencial para o desenvolvimento da doença (cancer hallmark). Estudos mostram que mutações na enzima fumarato hidratase levam ao aumento da concentração intra e extracelular de fumarato, o que ocorre paralelamente à indução da transformação maligna. Neste trabalho, a fim de entender se o excesso de fumarato extracelular pode propiciar a transformação de células normais, foram quantificados alguns endpoints relacionados aos efeitos do fumarato e à transformação maligna, além de alterações metabólicas em células imortalizadas de epitélio brônquico humano normal (BEAS-2B) expostas ao fumarato. Uma vez que fumarato nas concentrações de 0,1 a 10 mM ao longo de 144 h não foi citotóxico, foram selecionadas as concentrações de 1 mM, 5 mM e 10 mM para as incubações. Fumarato induziu a formação de colônias em soft-agar após o período de sete dias (168 h) de exposição, o que indica a indução de transformação celular. Fumarato é um oncometabólito que inibe enzimas que dependem de α-cetoglutarato como co-substrato, dentre as quais as enzimas ten eleven translocation (TET) que catalisam a formação de 5-hidroximetilcitosina (5-hmC) a partir de 5-metilcitosina (5-mC), o primeiro passo da sequência de reações que levam à desmetilação do DNA. Os níveis totais de 5-hmC estavam diminuídos no DNA das células expostas. Colônias retiradas do soft-agar (controle, 1, 5 e 10 mM de fumarato) foram cultivadas e, após 90 dias em cultura, as células foram submetidas ao ensaio de invasão e migração em câmara de Boyden (transwell), tendo sido observada maior capacidade de migração/invasão das células anteriormente expostas ao fumarato. Foi observada indução de estresse redox nas células expostas ao fumarato. A partir da quantificação de metabólitos intracelulares por HPLC-ESI-MS/MS e HPLC-ESI-Q-TOF, verificamos que as células BEAS-2B absorveram o fumarato adicionado ao meio de cultura, o qual foi convertido intracelularmente a malato, aspartato, argininosuccinato, citrato, succinato e glutamato. O oncometabólito 2-L-hidroxiglutarato foi detectado em níveis aumentados nas células expostas a fumarato, assim como adenosina, enquanto que NAD+ e NADP+ apareceram diminuídos. As alterações metabólicas na presença de fumarato contribuíram para a manutenção do balanço energético das células, ou mesmo para um saldo positivo de energia. A exposição das células a [13C4]fumarato permitiu a análise do fluxo inicial do fumarato absorvido pelas células. A partir dessa análise verificamos que o fumarato absorvido entra no ciclo de Krebs, gerando malato, que é em grande parte desviado para reações externas ao ciclo, como a geração de aspartato e argininosuccinato. Citrato proveniente das reações de [13C4]fumarato no ciclo de Krebs foi detectado em níveis inferiores aos endógenos. O uso de [13C4]fumarato permitiu a visualização da geração de [13C4]succinato, que tem como possível fonte a atividade reversa da succinato desidrogenase. Verificamos também a geração de [13C3]glutamato. Supõe-se que as alterações metabólicas induzidas pelo fumarato absorvido pelas células BEAS-2B contribuam para a modulação da expressão de genes e da atividade de proteínas que favorecem o processo tumorigênico

The metabolic reprogramming of cancer cells is identified as an essential feature for the development of the disease (a cancer hallmark). Studies show that mutations in the enzyme fumarate hydratase lead to increased intra- and extracellular fumarate concentration, which occurs in parallel with the induction of malignant transformation. In this work, in order to understand if excess extracellular fumarate can lead to the transformation of normal cells, some endpoints related to the effects of fumarate and malignant transformation were quantified, as well as metabolic alterations in the immortalized normal human bronchial epithelial cell line BEAS-2B exposed to fumarate. Since fumarate at concentrations from 0.1 to 10 mM over 144 h was not cytotoxic, the concentrations of 1 mM, 5 mM and 10 mM were selected for incubations. Fumarate induced colony formation in soft agar after the seven day (168 h) exposure period, which indicates the induction of cell transformation. Fumarate is an oncometabolite that inhibits α-ketoglutarate-dependent enzymes, among which are ten eleven translocation (TET) enzymes that catalyze the formation of 5-hydroxymethylcytosine (5-hmC) from 5-methylcytosine (5-mC), the first step in the sequence of reactions leading to DNA demethylation. Total 5-hmC levels were decreased in the DNA of exposed cells. Colonies removed from the soft-agar (control, 1, 5 and 10 mM fumarate) were cultured and after 90 days in culture the cells were subjected to the Boyden chamber (transwell) invasion and migration assay, and a greater capacity for migration/invasion of cells previously exposed to fumarate was observed. Redox stress induction was observed in cells exposed to fumarate. From the quantification of intracellular metabolites by HPLC-ESI-MS/MS and HPLC-ESI-Q-TOF, we found that BEAS-2B cells absorbed the fumarate added to the culture medium, which was intracellularly converted to malate, aspartate, argininosuccinate, citrate, succinate and glutamate. The oncometabolite 2-L-hydroxyglutarate was detected at increased levels in cells exposed to fumarate, as well as adenosine, while NAD+ and NADP+ appeared decreased. Metabolic changes in the presence of fumarate contributed to the maintenance of the energy balance of the cells, or even to a positive energy balance. Exposure of cells to [13C4]fumarate allowed the analysis of the initial flow of the fumarate absorbed by the cells. From this analysis we found that the absorbed fumarate entered the Krebs cycle, generating malate, which was largely diverted to reactions outside the cycle, such as the generation of aspartate and argininosuccinate. Citrate from the reactions of [13C4]fumarate in the Krebs cycle was detected at levels lower than endogenous. The use of [13C4]fumarate allowed the detection of [13C4]succinate, which has as its possible source the reverse activity of succinate dehydrogenase. We also observed the generation of [13C3]glutamate. The metabolic changes induced by the absorbed fumarate are supposed to contribute to the modulation of gene expression and protein activity that favor the tumorigenic process