Desenho racional via estratégias computacionais de ligantes para o sítio de interação fosfoproteína-nucleoproteína no bolso hidrofóbico do domínio N-terminal da proteína nucleocapsídica do hRSV
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Data
2024-04-11
Autores
Orientador
Caruso, Icaro Putinhon 
Coorientador
Martins, Ingrid Santana Bernardes
Pós-graduação
Ciências Biomoleculares e Farmacológicas - IBILCE 33004153068P9
Curso de graduação
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Dissertação de mestrado
Direito de acesso
Acesso restrito
Resumo
Resumo (português)
As infecções causadas por vírus respiratórios resultam em cerca de quatro milhões de mortes anuais em todo o mundo. Dentre os patógenos responsáveis pelas doenças respiratórias agudas, destaca-se o Vírus Sincicial Respiratório humano (hRSV), que acomete principalmente recém-nascidos, crianças e idosos, muitas vezes levando a sintomas graves como bronquiolite e pneumonia. Ao longo da vida, as reinfecções por hRSV são frequentes. Recentemente, a Agência Federal de Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA (FDA) aprovou duas vacinas contra o hRSV: uma da GSK para indivíduos com 60 anos ou mais, e outra, Abrysvo, para gestantes. Atualmente os únicos tratamentos licenciados para o combate ao hRSV são o anticorpo monoclonal Synagis® (palivizumabe), que visa a proteína de fusão do vírus, e a ribavirina que é um agente viral de amplo espectro. Em relação ao contexto apresentado, a realização de estudos sobre as interações entre ligantes (pequenas moléculas) e outro alvo proteico do hRSV, como o domínio N-terminal da nucleoproteína (N-NTD), pode proporcionar um avanço considerável no desenvolvimento de uma estratégia de combate às infecções causadas por esse vírus. A proteína N forma um nucleocapsídeo de estrutura helicoidal que protege o RNA viral da ação das ribonucleases e atua como um importante molde para replicação e transcrição pelo complexo da polimerase viral. Estudos recentes têm explorado a possibilidade de atingir o bolso hidrofóbico do domínio N-NTD do hRSV usando compostos químicos capazes de inibir a ligação da proteína N à fosfoproteína P. Essa abordagem promissora tem o potencial de dificultar a replicação do hRSV e, consequentemente, reduzir a gravidade da infecção causada por esse vírus. Dentre os compostos investigados, os ligantes de estrutura 1-benzil-1H-pirazol-3,5-dicarboxilato (BPdC) sintetizados, têm emergido como promissores candidatos a interagir com o bolso hidrofóbico no N-NTD. Utilizando abordagens computacionais, como docking molecular, simulações de dinâmica molecular e mapeamento computacional de ligação via FTmap, investigamos as interações dos ligantes com o sítio de interação fosfoproteína-nucleoproteína no domínio N-NTD do hRSV. Foram propostas modificações dirigidas no anel aromático dos ligantes, baseadas na inserção de sondas orgânicas mapeadas via FTMap. A partir dessas modificações, seis novos compostos, formados pelos ligantes bases M61, M68 e M81 com as sondas ADY/DFO (acetaldeído) e AMN (amino), foram selecionados com base em características físico-químicas e farmacológicas extraídas dos testes ADMETs. Simulações de dinâmica molecular foram conduzidas em duplicata para os novos compostos. Essas simulações revelaram que a os ligantes modificados com sonda ADY/DFO apresentaram maior estabilidade com o sítio de interação N/P do N-NTD. Os cálculos de energia livre de ligação via método MM-PBSA mostram que os novos compostos exibiram valores próximos aos ligantes bases, indicando uma significativa interação com o sítio em questão. Comparativamente, a distribuição das ligações de hidrogênio dos compostos modificados mostrou uma tendência de aumento em relação aos ligantes bases. Essas análises contribuem para compreensão das interações moleculares, bem como para a o desenvolvimento de estratégias mais eficazes contra infecções por hRSV, propondo modificações nos ligantes com adição de grupos químicos como, acetaldeído e amino na estrutura do BPdC.
Resumo (inglês)
Infections caused by respiratory viruses result in about four million deaths annually worldwide. Among the pathogens responsible for acute respiratory diseases, the human Respiratory Syncytial Virus (hRSV) stands out, which mainly affects newborns, children and the elderly, often leading to severe symptoms such as bronchiolitis and pneumonia. Throughout life, hRSV reinfections are frequent. Recently, the U.S. Food and Drug Administration (FDA) approved two hRSV vaccines: one from GSK for individuals aged 60 and older, and another, Abrysvo, for pregnant women. Currently, the only licensed treatments to combat hRSV are the monoclonal antibody Synagis® (palivizumab), which targets the virus's fusion protein, and ribavirin, which is a broad-spectrum viral agent. In relation to the context presented, studies on the interactions between ligands (small molecules) and another protein target of hRSV, such as the N-terminal domain of the nucleoprotein (N-NTD), may provide a considerable advance in the development of a strategy to combat infections caused by this virus. The N protein forms a nucleocapsid with a helical structure that protects viral RNA from the action of ribonucleases and acts as an important template for replication and transcription by the viral polymerase complex. Recent studies have explored the possibility of targeting the hydrophobic pocket of the N-NTD domain of hRSV using chemical compounds capable of inhibiting the binding of the N protein to phosphoprotein P. This promising approach has the potential to hinder the replication of hRSV and, consequently, reduce the severity of infection caused by this virus. Among the compounds investigated, the synthesized ligands with the 1-benzyl-1H-pyrazole-3,5-dicarboxylate (BPdC) structure have emerged as promising candidates to interact with the hydrophobic pocket in N-NTD. Using computational approaches, such as molecular docking, molecular dynamics simulations, and computational mapping of binding via FTmap, we investigated the interactions of ligands with the phosphoprotein-nucleoprotein interaction site in the N-NTD domain of hRSV. Targeted modifications to the aromatic ring of the ligands were proposed, based on the insertion of organic probes mapped via FTMap. From these modifications, six new compounds, formed by the base ligands M61, M68 and M81 with the ADY/DFO (acetaldehyde) and AMN (amino) probes, were selected based on physicochemical and pharmacological characteristics extracted from the ADMETs tests. Molecular dynamics simulations were conducted in duplicate for the new compounds. These simulations revealed that the ligands modified with ADY/DFO probe showed greater stability with the N/P interaction site of N-NTD. The free binding energy calculations via the MM-PBSA method show that the new compounds exhibited values close to the base ligands, indicating a significant interaction with the site in question. Comparatively, the distribution of the hydrogen bonds of the modified compounds showed an increasing trend in relation to the base ligands. These analyses contribute to the understanding of molecular interactions, as well as to the development of more effective strategies against hRSV infections, proposing modifications in the ligands with the addition of chemical groups such as acetaldehyde and amino in the structure of BPdC.
Descrição
Palavras-chave
Idioma
Português
Como citar
ARAUJO, Evelyn Rayani Dias de. Desenho racional via estratégias computacionais de ligantes para o sítio de interação fosfoproteína-nucleoproteína no bolso hidrofóbico do domínio N-terminal da proteína nucleocapsídica do hRSV. 2024. Dissertação (Mestrado em Ciências Biomoleculares e Farmacológicas) – Universidade Estadual Paulista (Unesp), Instituto de Biociências Letras e Ciências Exatas (Ibilce), São José do Rio Preto, 2024.