ESTUDO TEÓRICO DA AFINIDADE DE FÁRMACOS ANTI-INFLAMATÓRIOS

ESTUDO TEÓRICO DA AFINIDADE DE FÁRMACOS ANTI-INFLAMATÓRIOS

Maria Aline Correia de Lima, Norberto de Kássio Vieira Monteiro, Davi Serradella Vieira

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Resumo 

A elastase neutrofílica humana (HNE), é uma serino protease da mesma família da tripsina humana. No ambiente intracelular a atividade catalítica da elastase é rigorosamente controlada. Entretanto, a nível extracelular, a HNE reage com qualquer substrato que atenda às especificidades do seu sítio catalítico. Dessa forma, tornam-se alvos da enzima os componentes da matriz extracelular. A atividade no meio extracelular é regulada por inibidores naturais endógenos, portanto, o desequilíbrio entre as quantidades de HNE e seu inibidores endógenos pode levar a danos teciduais severos  e o desenvolvimento de  inúmeras doenças inflamatórias. As pesquisas relacionadas às patologias da inflamação têm focado no descobrimento de novos fármacos capazes de reduzir a atividade biológica da elastase. O presente projeto emprega métodos computacionais para investigar as interações proteína-ligantes, a fim de avaliar os efeitos da ligação dos ligantes/inibidores, assim como investigar a estabilidade dos complexos formados. Foram escolhidos dois inibidores que já apresentam ação inibitória comprovada, possibilitando assim, a caracterização das interações funcionais. São eles, e dihidropirimidona (DHPI) o Alvelestat. As energias de interação HNE-ligante jente com e as análises das interações intermoleculares específicas mostram que o DHPI apresenta maior afinidade ao receptor HNE do que o Alvelestat, corroborando os resultados experimentais de IC50.  

Palavras-chave: Proteína.Fármaco.Interações.Análise.Inibição. Dinâmica molecular.

Abstract 

The Human Neutrophil Elastase (HNE) is a serine proteinase of the same human chymotrypsin family. At the intracellular environment, the elastase catalytic activity is strictly controlled, but at the extracellular level they react with any substrate that fits their catalytic site. Thus, all extracellular matrix become enzyme targets. This activity in the extracellular environment is regulated by natural endogenous inhibitors. Therefore, the imbalance between the HNE quantities and its endogenous inhibitors can lead to serious tissue damage and the development of several inflammatory disease. In order to combat the pathology related to inflammation, research has been focused on the discovering of new drugs capable of reduce the elastase biological activity. The present project employs computational methods to investigate the protein-ligants interactions, the molecular docking was used to promote the fiiting of the ligands at the HNE catalytical region and the molecular dynamics simulations to evaluate the effects of the ligands binding, as well as the stability of the complexes produced. For this part of the project, two well known inhibitors have been chosen in order to characterize such interactions. They are, dihidropirimidona (DHPI) and Alvelestat.The HNE-ligands energies and the local intermolecular interaction analysis show clearly the DHPI as better inhibitor than Alvelestat which corroborates the experimental  results of IC50 of both drugs.

Keywords: Protein. Farmac. Interaction. Analyse. Inhibition. Molecular Dynamic.

1. Introdução

A elastase neutrofílica humana (HNE: EC 3.4.21.37), uma serino protease da família das quimotripsinas, é produzida pelos neutrófilos polimorfonucleares que são células que possuem a habilidade de fagocitar uma série de microorganismos potencialmente patogênicos e os destruir com seu arsenal catalítico ou, em determinados casos, liberar o conteúdo de seus grânulos no ambiente extracelular (WITKO-SARSAT; RIEU, 2000). A elastase é a principal enzima envolvida nessas ações mediadas pelos neutrófilos. No meio intracelular, onde ocorrem os processos de degradação, a atividade catalítica da enzima é controlada e orientada por fatores reguladores físicos e químicos (TRAVIS, J; SALVESEN, 1983; STUART; EZEKOWITZ, 2005), enquanto no meio extracelular, a enzima possui uma propriedade peculiar de hidrolisar proteínas constitutivas e solúveis do organismo humano (STARKEY, 1976; PIPOLY; CROUCH, 1987; STEADMAN et al., 1993; RAO; REDDY; COHEN, 1996; OWEN; CAMPBELL, 1997).

A atividade proteolítica da HNE é estritamente controlada por inibidores naturais endógenos de proteinase serínica, ou serpinas. Dentre esses inibidores podemos citar o α1-antitripsina e o α2-macroglobulina (SHAPIRO, 1994, 2000). Entretanto, em determinados estados inflamatórios pode ocorrer atividade exacerbada dos neutrófilos que acaba gerando um desequilíbrio elastase-inibidores endógenos (SIEDLE, et al., 2003). O desequilíbrio entre as quantidades de HNE e seus inibidores naturais pode conduzir a uma excessiva proteólise da elastina e destruição do tecido conectivo, levando assim ao desenvolvimento de inúmeras doenças inflamatórias, dentre elas: doença pulmonar obstrutiva crônica, enfisema pulmonar, síndrome da angústia respiratória, bronquite crônica e artrite reumatóide (KORKMAZ; MOREAU; GAUTHIER, 2008; LIN et al., 2008).

Portanto, a busca por novas drogas inibidoras da elastase é de grande interesse no combate às patologias relacionadas à inflamação. Neste contexto, a química computacional tem se destacado, tornando-se cada dia mais eficaz, para, em conjunto com as metodologias experimentais, auxiliar na otimização do desenvolvimento de novos e mais potentes inibidores. Nesse processo, dois fármacos chamam atenção por serem inibidores não covalentes da HNE. São este o  Alvelestat com um IC50 de 12 nM para a HNE (STEVENS et al., 2011) e a dihidropirimidona (DHPI) com um IC50 de 6nM para a HNE  (HANSEN et al., 2011).

O estudo do mecanismo de reconhecimento molecular receptor-ligante é fundamental para o atual processo de obtenção de fármacos, conhecido como desenho racional de fármacos baseado em estrutura (DRBE). O DRBE consiste no estudo estrutural das moléculas protéicas receptoras complexadas com seus inibidores/ligantes, com o objetivo de entender o padrão das interações intermoleculares e assim possibilitar novas moléculas ligantes candidatas à fármaco. Investigando os fatores determinantes das configurações do sistema receptor-fármaco, o presente trabalho  aborda o DRBE e busca avaliar as interações intermoleculares proteína-inibidor, especialmente as ligações de hidrogênio formadas, tendo como alvo terapêutico a elastase neutrofílica humana. DHPI e Alvelestat usando metodologias computacionais como o Docking Molecular e simulações de Dinâmica Molecular (ALLEN; TILDESLAY, 1987; FRENKEL, D.; SMIT, 1996; CICOTT; FRENKEL; MCDONALD, 1990).