1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS Curso de graduação em Farmácia-Bioquímica Construção de farmacóforo para o receptor AT1 baseado em agonistas enviesados, um estudo de modelagem molecular. SILVESTRE MASSIMO MODESTIA Trabalho de Conclusão do Curso Farmácia-Bioquímica da Faculdade de Ciências Farmacêuticas da Universidade de São Paulo Orientadora: Profa. Dra. Carlota de Oliveira Rangel-Yagui Co-Orientador: Prof. Dr. Gustavo Henrique Goulart Trossini São Paulo 2014 2 SUMÁRIO CONTEÚDO LISTA DE ABREVIATURAS ................................................................................................... 1 RESUMO ........................................................................................................................ 2 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA ........................................................................................ 4 1.1 Insuficiência cardíaca ................................................................................................ 4 1.2 Agonismo enviesado no AT1R ..................................................................................... 5 1.3 Planejamento racional de fármacos e modelagem moelcular ............................................ 6 2. OBJETIVOS .................................................................................................................. 8 3. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................................. 8 3.1 Construção e otimização de ligantes ............................................................................ 8 3.2 Dinâmcia Molecular ................................................................................................. 9 3.2.1 Construção e otimização do sistema ...................................................................... 9 3.2.2 Minimização ................................................................................................... 10 3.3.3 Equilibração .................................................................................................... 10 3.3.4 Dinâmica de produção ...................................................................................... 10 3.3 Seleção de confôrmeros .......................................................................................... 11 3.3 Construção do farmacóforo ..................................................................................... 11 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................... 11 4.1 Minimização e equilibração...................................................................................... 11 4.2 Seleção de confôrmeros .......................................................................................... 17 4.3 Construção do farmacóforo ..................................................................................... 18 4.4 Discussão e modelo final ......................................................................................... 22 5. CONCLUSÕES ............................................................................................................. 26 6. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 26 7. ANEXOS.................................................................................................................... 31 3 LISTA DE ABREVIATURAS Ang II Angiotensina II AT1R Angiotensin II Type 1 Recepetor (Receptor de Angiotensina II do tipo 1) ARB Angiotensin II Receptor Blocker (Bloqueadores do receptor de angiotensina II) IC Insuficiência cardíaca LBDD Ligand Based Drug Design (Planejamento de Farmáco Baseado no Ligante) DM Dinâmica Molecular PAC Perfil de Amostra Conformacional PBC Periodic Bondary Conditions (Condições Periódicas de Contorno) PDB Protein Data Bank RMN Ressônancia Magnética Nuclear RMSD Root Mean Square Deviation (Desvio Quadrático Médio das Posições Atômicas) RMSF Root Mean Square Fluctuation (Média do Desvio Quadrático Médio) SAR Structure Activiy Relationship (Relação Estrutura Atividade) SBDD Structure Based Drug Design (Planejamento de Fármaco Baseado no Receptor) SUS Sistema Único de Saúde 4 Resumo MODESTIA, S. M. Construção de farmacóforo para o receptor AT1 baseado em agonistas enviesados, um estudo de modelagem molecular. Trabalho de Conclusão de Curso Farmácia-Bioquímica – Faculdade de Ciências Farmacêuticas Palavras-chave: – Universidade Insufuciência de São Cardíaca, Paulo, Agonismo São Paulo, Enviesado, 2014. Modelagem Molecular e Planejamento de Fármacos Baseado na Estrutura do Ligante (LBDD). Introdução: A insuficiência cardíaca (IC) é uma síndrome de elevada morbimortalidade, correspondendo a um grave problema de saúde pública. Estudos recentes mostram que agonistas enviesados para o receptor de Angiotensina II do tipo 1 (AT1R) ativam a via da β-arrestina de modo independente da via da proteína G. Isso representa uma vantagem terapêutica sobre os antagonistas do AT1R, que bloqueiam ambas as vias. Desta forma, entender os requisitos estruturais que levam um composto a ter atividade agonista enviesada consiste no primeiro passo para a descoberta de novos compostos com potencial terapêutico para o tratamento de IC. Objetivo: O objetivo deste trabalho é a construção de um farmacóforo para o receptor AT1R baseado na estrutura de um grupo de agonistas enviesados. Materiais e Métodos: A estrutura da Angiotensina II obtida por RMN foi utilizada como geometria inical para a geração das coordenadas de sete agonistas envieados e da própria Angiotensina II. O programa computacional GROMACS e o campo de força AMBER99sb*-ildn foram utilizados para a criação do sistema de simulação. As estruturas foram minimizadas pelo método Steepest Descent com 10.000 passos. Simulações de dinâmica molecular com solvente explicito (água modelo TIP3P) foram realizadas a 310 K e 1 atm por 10ns, utilizando-se o termoestato V-Rescale e o barostato de Parrinello-Rahman, ambos com constante de acomplamento de 0,2 ps. Os confôrmeros selecionados foram sobrepostos para a geração de modelos farmacóforicos no programa computacional Sybyl 2.0 – módulo Unity. 5 Resultados: Os parâmetros de controle da dinâmica molecular foram mantidos (pressão média = 1 bar, temperatura = 310 ± 3,8 K, densidade = 987 ± 4.6 Kg/m3). A análise por RMSD mostrou que todos os compostos alcançaram a estabilidade conformacional após 6,5 ns. Uma grande flexibilidade dos três primeiros aminoácidos foi observada por análise de RMSF. O modelo final apresentou seis pontos farmacofóricos: dois pontos aromáticos, um ponto doador de ligação hidrogênio, um centro carregado negativamente e dois pontos doadores/aceptores de ligação de hidrogênio. Conclusão: A construção de um farmacóforo por meio da sobresposição de confôrmeros obtidos por dinâmica molecular foi bem sucedida. Nossos resultados indicam que a posição alternativa da carboxila terminal é responsável pelo agonismo enviesado. Estudos posteriores como triagem virtual e ensaios biológicos poderiam ser usados para a validação deste modelo. 6 1. INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVA 1.1. Insuficiência cardíaca A insuficiência cardíaca (IC) é definida como uma síndrome resultante de qualquer desordem funcional ou estrutural do coração que cause ou aumente o risco do desenvolvimento de manifestações de um baixo débito cardíaco. Ela consiste na via final de várias doenças, como hipertensão arterial sistêmica, diabetes melitus, doença de Chagas e coronariopatias.1 Estudos de prevalência estimam que 23 milhões de pessoas no mundo tenham IC e que dois milhões de casos novos sejam diagnosticados anualmente. Só nos EUA, conjecturam-se 550 mil novos casos por ano e 5 milhões de portadores desta síndrome. A IC gera um custo anual ao sistema de saúde americano de mais de 26 bilhões de dólares com assistência médica e de até 13 bilhões de dólares em custos indiretos, provocados por incapacitações. 2,3 A prevalência da IC aumentou nas últimas 5 décadas e, ainda hoje, a mortalidade pode ultrapassar 50% em 5 anos, a partir do momento do diagnóstico.4 Segundo o Sistema Único de Saúde (SUS) ocorreram cerca de 400 mil internações por IC no ano de 2000 no Brasil. Isso correspondeu a um consumo de mais 33% dos gastos com doenças do aparelho circulatório, o que tornou a IC a primeira causa de internação de pacientes acima de 65 anos no SUS. Projeções indicam que em 2025 o Brasil terá a sexta maior população de idosos do mundo e que a IC será a primeira causa mundial de morte por doença cardiovascular. Por esse motivo, esta sindrome é considerada um problema de saúde publica pela Organização Mundial de Saúde.4,5 Há 40 anos a terapia para IC consistia no uso de glicosídeos cardiotônicos e diuréticos, que serviam apenas como medida paliativa. Hoje, o tratamento visa mudar ou evitar a progressão da doença, através do uso de β-bloqueadores adrenérgicos, vasodilatadores, antagonistas de aldosterona, inibidores da enzima conversora de angiotensina (IECA) e bloqueadores do receptor AT1R de angiotensina II (ARB, Angiotensin Receptor Blocker)2. Essas últimas três classes agem sobre o sistema hormonal renina-angiotensina-aldosterona, responsável pela regulação da pressão arterial e da homeostase eletrolítica.1 7 O atual arsenal de ARBs consiste em oito fármacos: candesartana, losartana, irbesartana, olmesartana, telmisartana, valsartana, azilzartana e eprosartana, esses últimos dois fármacos não são comercializados no Brasil. Os ARBs agem de maneira potente e seletiva prevenindo e revertendo a maioria dos efeitos da angiotensina II (Ang II). Essa inibição leva à vasodilatação, excreção de sódio e redução da contração da musculatura lisa vascular. Porém, estudos recentes sobre as formas de ativação do AT1R apontam que a importância fisiológica e patológica deste alvo é subestimada por essa classe de fármacos.6,7,8,9 1.2. Agonismo enviesado no AT1R O AT1R pertence à família dos receptores com sete seguimentos transmembrana (7TM) acoplados à proteína G (GPCR). Este tipo de receptor é responsável por 80% da sinalização hormonal e aproximadamente 5% do genoma codifica GPCRs. Por esse motivo a modulação de GPCRs por fármacos agonistas ou antagonistas é uma das estratégias mais utilizadas atualmente no planejamento de fármacos, resultando em vários agentes terapêuticos. 10,11 A sinalização celular do AT1R começa com a ligação da angiotensina II, provocando a estabilização da conformação capaz de se ligar à proteína G heterotrimérica.7 A ativação da proteína G gera segundos mensageiros, desencadeando o restante da cascata de sinalização intracelular. 8,12 Logo após sua ativação, quinases de receptor acopladas à proteína G (GRKs) fosforilam a porção citosólica do AT1R, começando o processo de dessensibilização. Essa porção fosforilada do receptor promove o recrutamento da β-arrestina, que se liga ao AT1R impedindo a continuidade da interação entre a proteína G e o receptor, o que maracá o término da cascata de sinalização. Estudos recentes mostram ser possível a ativação da via da β-arrestina de modo independente da via da proteína G.13 Essa ativação seletiva pode ainda ser obtida por meios farmacológicos, como é o caso do composto SII [(Sar1,Ile4,Ile8)-Ang II] capaz de ativar vias dependentes da β-arrestina (internalização e dessenssibilização do receptor), sem a geração de segundos mensageiros da via da proteína G.13,14,15 A observação de fenômenos similares em diferentes GPCRs levou ao desenvolvimento do termo seletividade funcional ou agonismo enviesado.16,17 8 Esta seletividade funcional do AT1R é particularmente interessante porque a componente dependente de proteína G (Figura 1) é responsável pelo desenvolvimento de morte celular e fibrose tecidual, o que leva à hipertrofia cardíaca deletéria e a progressão a insuficiência cardíaca. Por outro lado, a sinalização seletiva da via da β-arrestina está associada com fenótipos como renovação celular e regulação de contrações musculares. Desta forma, compostos capazes de ativar apenas a via da β-arrestina poderiam corresponder a uma nova estratégia terapêutica no tratamento de doenças cardiovasculares.6 Figura 1. Diferentes efeitos de ligantes sobre o AT1R (adaptado de Aplin et al. 2009). Dentre os agonistas enviesados para a via da β-arrestina destaca-se o TRV27, que atualmente encontra-se em ensaios clínicos de Fase IV para o tratamento de insuficiência aguda descompensada. 9,18,19,20,21 Apesar das vantagens apresentadas pelo TRV27, sua natureza peptídica o torna farmacocineticamente inviável por via oral devido a degradação por peptidases gástricas, o que limita o seu uso ao ambiente hospitalar. Desta forma, entender as diferenças estruturais que levam a esta seletividade funcional seria o primeiro passo para a obtenção de fármacos agonistas enviesados de natureza não proteica. 1.3. Planejamento racional de fármacos e modelagem molecular A modelagem molecular é uma alternativa cada vez mais viável e econômica no organograma de introdução de um novo fármaco no mercado. Isso se deve aos 9 constantes avanços em diversas áreas, como a caracterização de biomacromoléculas, conhecimento de processos bioquímicos envolvidos nas bases moleculares das doenças e, principalmente, da ciência computacional 22,23. Segundo a IUPAC a modelagem molecular é definida como a investigação das estruturas e das propriedades moleculares pelo uso de química computacional e técnicas de visualização gráfica, visando fornecer uma representação tridimensional de um sistema, sob um dado conjunto de circunstâncias. Nesta definição se encaixam os sistemas biológicos como os envolvidos na interação fármacobiomacromolécula alvo (receptor, enzima, ácido nucléico, canais de íons). A modelagem molecular pode ser dividida em duas vertentes, o planejamento direto ou dependente do receptor (SBDD), que utiliza a estrutura tridimensional da biomacromolécula alvo em complexo com a micromolécula, e o planejamento indireto ou independente do receptor (LBDD), que se vale somente da estrutura dos ligantes disponíveis.24,25,26 Como o AT1R ainda não foi cristalizado, este trabalho recorreu ao LBDD, utilizando um conjunto de ligantes para fornecer os requisitos estruturais mínimos para a interação com o receptor. A dinâmica molecular é um procedimento de simulação que consiste na computação dos movimentos atômicos de uma molécula ou de átomos individuais ou moléculas em sólidos, líquidos e gases de acordo com as leis newtonianas de movimento. As forças que agem sobre os átomos são calculadas utilizando um conjunto de parâmetros e equações chamado de campo de força. Essa técnica considera a flexibilidade do sistema ao longo do tempo e permite a exploração de variações conformacionais registradas em um arquivo trajetória, que corresponde ao perfil de amostragem conformacional (PAC) do sistema investigado. As simulações de DM têm se tornado ferramenta importante no estudo estrutural de modelos de biomoléculas para complementar os dados experimentais.27 Segundo a IUPAC, farmacóforo é definido como o conjunto de características eletrônicas e estéricas necessárias para garantir uma interação supramolecular ótima em um alvo biológico específico e, deste modo, desencadear (ou impedir) uma resposta biológica. Uma das formas mais comuns de construção de um farmacofóro é por meio da sobreposição da estrutura de compostos com o mesmo mecanismo de ação e alvo. 26 Assim sendo, a dinâmica molecular pode ser utilizada para fornecer confôrmeros representativos (obtidos em simulações em condições biológicas) para a criação de um modelo farmacofórico por sobreposição. 10 Neste trabalho técnicas de dinâmica molecular e criação de farmacóforo foram empregadas com o intuito de se entender o comportamento estrutural e, principalmente, criar um modelo farmacóforico de agonistas enviesados para o receptor AT1R. 2. OBJETIVOS O objetivo deste trabalho consistiu na construção de um farmacóforo tridimensional para o receptor AT1 baseado na comparação estrutural entre a Angiotensina II e um conjunto de agonistas enviesados. Desta maneira, buscou-se elucidar as características estruturais que poderiam levar moléculas a apresentarem perfil de agonistas enviesados para esse receptor. 3. MATERIAL E MÉTODOS 3.1. Construção e otimização de geometria dos ligantes A estrutura da angiotensina II (Ang II) em meio aquoso (RMN) foi extraída da base de dados PDB (Protein Data Bank) sob o código 1N9V.28 Esta estrutura foi utilizada como geometria inicial para a construção da série de agonistas enviesados análogos de angiotensina II (Tabela 1) no programa computacional HyperChem v. 7.5. 29 Tabela 1. Lista de peptídeos agonistas e agonistas enviesados para o AT1R obtidos na literatura. 9,19 Em negrito estão representadas as substituições feitas em relação à estrutura inicial da Angiotensina II. Nome Sequência peptidica Ação sobre o AT1R Ang II Asp Arg Val Tyr Ile His Pro Phe Agonista SI Sar Arg Val Tyr Ile His Pro Ile Agonista enviesado SII Sar Arg Val Ile Ile His Pro Ile Agonista enviesado TRV27 Sar Arg Val Tyr Ile His Pro D-Ala Agonismo enviesado TRV23 Sar Arg Val Tyr Lys His Pro Ala Agonista enviesado DVG Asp Arg Val Tyr Val His Pro Gly Agonista enviesado SVdF Sar Arg Val Tyr Val His Pro D-Phe Agonista 11 3.2. Dinâmica Molecular O pacote GROMACS v. 4.5.6 consiste em um conjunto de programas para a realização de DMs, minimizações energéticas e análises, sendo utilizado nas etapas seguintes. 30 3.2.1. Construção do sistema As estruturas construídas na etapa anterior serviram de input para a geração de topologias no campo de força Amber99sb*-ildn.31 Cada composto foi colocado no centro de uma caixa cúbica de simulação de volume 103 ± 1 nm3 distando 1,1 nm da borda da caixa. Condições periódicas de contorno (PBC) foram usadas. A caixa foi preenchida com moléculas de água do modelo TIP3P e íons Na+ e Cl- de modo a neutralizar a carga líquida do sistema e manter a concentração iônica fisológica de 0,15 mols/L.32 Vale ressaltar que o campo Amber99sb*-ildn não possui parâmetros para o aminoácido sarcosina (Figura 2). Desta forma, a parametrização manual do campo de força foi realizada baseada em valores validados obtidos na literatura, que são apresentados na Figura 3.33 Figura 2. Formula estrutural do aminoácido artificial sarcosina (N-metilglicina). Figura 3. Tipos atômicos, cargas atômicas e ângulo H-C-N do aminoácido sarcosina. Estes valores foram adicionados ao campo de força AMBER99sb*-ildn. 12 3.2.2. Minimização: Após a adição de moléculas de água e íons ao sistema, geometrias e contatos estéricos inapropriados podem surgir. Uma minimização pelo método Steepest Descent com 10.000 passos foi realizada tendo como critério de convergência energética o valor de 100 kJ/mol/nm. 3.2.3. Equilibração: As etapas de equilibração têm por objetivo a adequação das moléculas de água e íons ao redor do ligante à medida que condições de simulação, como temperatura e pressão, são gradativamente impostas. Diferente da DM de produção, as DM de equilibração são realizadas mantendo-se o ligante rígido. A primeira etapa da equilibiração foi conduzida em ensemble NVT canônico (NVT- número constante de partículas, volume e temperatura) durante 200 ps. Utilizou-se o PME (Particle Mesh Ewald) como método de cálculo de interações elétricas de longa distância com valor de raio de corte de interações de 10 Å.34 O termostato de Berendsen foi utilizado tendo a temperatura de 310K como referência e constante de acoplamento de 0,2 ps.35 O acoplamento foi feito separadamente para o ligante e solvente. A segunda etapa foi realizada em ensemble NPT (isotérmico-isobárico), mantendo-se as condições prévias com exceção da adição do barostato de Parrinello-Rahman, tendo como referência a pressão de 1 bar e constante de acoplamento de 0,2 ps. 3.2.4. Dinâmicas de Produção: Cada dinâmica molecular (MD) de produção (sem posição restrita) foi feita com 5.000.000 passos de 0,002 ps totalizando 10 ns (10.000 ps) de simulação. O algoritmo Leap-Frog foi empregado para a resolução da equação de movimento Newtoniana. A temperatura de referência de 310K (temperatura corpórea) e a pressão de 1 bar foram equilibradas separadamente pelo uso do termoestato Vrescale e o barostato de Parrinello-Rahman, respectivamente. As coordenadas, velocidades e energias foram salvas a cada 100 ps. Os arquivos trajetória foram 13 salvos a cada 20 passos de simulação, gerando um PAC de 50.000 confôrmeros para cada ligante. Este protocolo de simulação foi baseados no trabalho de Lindorff-Larsen et al, que realizou a validação sistemática do campo Amber99sb*-ildn com peptídeos em meio aquoso. 31 3.3 Seleção de Confôrmeros Os confôrmeros obtidos do PAC de cada dinâmica foram submetidos ao método de agrupamento por Desvio Quadrático Médio (RMSD) utilizando-se o algoritmo gromos.36 O RMSD mede o quanto as posições atômicas de uma determinada conformação diferem de uma conformação modelo. As estruturas com valores de RMSD inferiores a 0,15 nm entre si foram alocadas no mesmo agrupamento. 3.4 Construção do farmacóforo O farmacóforo foi gerado no programa Sybyl 2.0 utilizando-se o módulo Unity.37 Os confôrmeros selecionados na etapa anterior foram sobrepostos e todos os grupos semelhantes contidos em um raio de 1Å foram considerados possíveis grupos farmacofóricos. Os pontos farmacofóricos incluídos na busca foram: aceptor de ligação de hidrogênio, grupo aromático, doador de ligação de hidrogênio, hidrofobicidade, centro carregado positivamente e centro carregado negativamente. 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO 4.1 Minimização e Equilibração O sistema de simulação criado para a Ang II consistiu em uma caixa de simulação cúbica com volume de 103 nm3. Esta caixa continha 3302 moléculas de água e 20 íons, além da Ang II em seu centro (Figura 4). Os demais compostos foram simulados nas mesmas condições. 14 Figura 4. Representação da caixa de simulação da dinâmica molecular com a Ang II em seu centro. Moléculas de água e íons foram omitidos. Os valores de energia potencial na etapa de minimização são apresentados na Figura 5. Pode-se verificar que após 5000 passos há a formação de uma assíntota horizontal, indicando a convergência energética do sistema em um mínimo local. Figura 5. Gráfico de Energia Potencial da etapa de minimização da Ang II. A energia do sistema converge para um mínimo local, indicado pela linha vermelha. 15 Os gráficos de controle da etapa de equilibração da Ang II (Figura 6) mostram que a temperatura do sistema e a densidade da água foram mantidas constantes, com valores de 310 ± 3,8 K e 987 ± 4,6 Kg/m3, respectivamente. Os resultados dos demais compostos são apresentados no Anexo (Figuras A2 e A3). Figura 6. Gráficos de Temperatura (A) e densidade (B) das etapas de equilibração nvt e npt, respectivamente. Utilizou-se como critério de estabilidade da dinâmica o valor de RMSD da cadeia principal dos confôrmeros em relação à estrutura inicial. Para a Ang II, a estabilidade foi alcançada no intervalo de 6,5-10ns (Figura 7), pois há a manutenção de um valor médio de RMSD (0,24 nm) acompanhado de uma baixa amplitude entre o valor máximo e mínimo desse intervalo (0,1 nm) por um longo período (4 ns). Em contrapartida, quando incluímos as cadeias laterais nessa análise, observa-se um aumento nos valores de RMSD, refletindo a maior liberdade conformacional das cadeias laterais. 16 Figura 7. Gráfico de Desvio Quadrático Médio (RMSD) das posições atômicas. Estrutura inteira da angiotensina em (A) e somente o esqueleto peptídico (B). O intervalo de estabilização da dinâmica é marcado em vermelho. Uma avaliação mais precisa foi feita discriminando-se cada um dos átomos (Figura 8). O gráfico de flutuação do desvio quadrático médio (RMSF) mostra que há uma maior flexibilidade dos 3 primeiros resíduos (Asp, Arg, Val) e suas cadeias principais. Os demais compostos apresentaram resultados similares (Figura A5), com execeção do composto TRV23. Este composto possui o resíduo Lisina, que é muito flexível, na posição 5 ao invés da isoleucina/valina, o que explica esse resultado. De fato, essas observações sobre uma maior flexibilidade da porção Nterminal são descritas em estudos estruturais por ressonância magnética nuclear e simulações feitas em água e dimetilsulfóxido. 28,38,39 Essa maior rigidez da porção C-terminal poderia ser consequência da formação de interações intermoleculares, como ligações de hidrogênio e interações do tipo π-π. Portanto, avaliamos as distâncias entre tirosina, histidina e fenilalanina (Figura 9), que poderiam fazer estes tipos de interação. 17 Figura 8. Valores de RMSF de cada átomo para a Ang II (esquerda) e TRV23 (direita). OSIntervalos de maior flexibilidade correpondem as cadeias laterais dos aminoácidos. Os requisitos para a formação de ligações de hidrogênio incluem a distância de 1,6-2,4 Å entre o átomo aceptor de ligação de hidrogênio e o hidrogênio; e ângulo entre eles de 180-150º. Já a interação do tipo π-π tem distância ótima de 3,3-3,8 Å entre o centro dos dois anéis aromáticos com ângulos próximos de 180º (paralelos) ou 90º (perpendiculares).40,41 Como mostrado na figura 9, as distâncias entre os átomos são muito superiores àquelas descritas como mínimas e os ângulos também não se encontram nos intervalos descritos. Outros estudos teóricos também não observaram a presença dessas interações quando a Ang II ou análogos são simulados em água.38,39 18 19 Continuação Figura 9 Figura 9. Estrutura molecular da Ang II e gráficos de distância e ângulo entre os átomos destacados. 4.2 Seleção de confôrmeros Os confôrmeros obtidos no intervalo de estabilidade de cada dinâmica (Figura A4) foram submetidos ao método de agrupamento gromos. Um confôrmero de um agrupamento diferia até 0,15 nm de qualquer outro integrante do mesmo agrupamento. A aplicação desta metodologia resultou na formação de poucas dezenas de agrupamentos por composto. Selecionou-se o confôrmero com o menor valor de RMSD em relação à estrutura da Ang II obtida por RMN (estrutura inicial). A formação de agrupamentos antes da seleção visou garantir que o confôrmero é representativo de uma série de outros confôrmeros do mesmo grupo. Os confôrmeros selecionados são apresentados sobrepostos na Figura 10. 20 Figura 10. Sobreposição dos conformeros selecionados de todos os análogos e Ang II 4.3 Construção do farmacóforo Diferentes combinações de agonistas e agonistas enviesados foram sobrepostas resultando na geração de quatro modelos. As informações fornecidas por esses modelos foram discutidas e combinadas para a geração do modelo final. Isso foi feito para contornar a baixa disponibilidade de agonistas enviesados, o que impossibilita a validação estatísitica do modelo. Os modelos criados são apresentados abaixo: Modelo 1: Todos os peptídeos foram sobrepostos gerando três pontos farmacofóricos. Este modelo teve como objetivo identificar os centros comuns para as duas classes de compostos. Com exceção do ponto correspondente à cadeia lateral da valina, observa-se que os pontos farmacofóricos encontrados ficaram entre as posições 6 e 7, ou seja, regiões menos flexíveis da molécula. Apesar disso, a sobreposição do anel imidazólico da histidina apresentou um ponto farmacofórico com valor de tolerância de 0,955 Å (Figura 11), quase ultrapassando o limite de 0,1 nm (1 Å). 21 Figura 11. Modelo 1 feito com a sobreposição de todos os compostos. As esferas coloridas correspondem aos pontos farmacofóricos. Grupo Doador e Aceptor de Ligação Hidrogênio: Nitrogênio δ do anel imidazólico da histidina (Tolerância = 0,955 Å). Grupos Hidrofóbicos: Cadeia lateral da valina (Tolerância – 0,500) e anel da prolina (Tolerância = 0,500 Å). Modelo 2: Foram utilizados somente os agonistas enviesados: SI, SII, TRV23, TRV27 e DVG. Este modelo teve como objetivo identificar pontos farmacofóricos exclusivos dos agonistas enviesados. O ponto correspondente ao nitrogênio da ligação peptídica do resíduo 8 apresentou baixa sobreposição (valor de tolerância de 0,985 Å). Contrariamente, a sobreposição de todos os anéis Imidazólicos dos agonistas enviesados foi feita em uma esfera de raio de 0.500 Å. O centro carregado negativamente foi outro ponto exclusivo apresentando valor de tolerância de (0,722 Å). O modelo 2 é apresentado na Figura 12: 22 Figura 12. Modelo 2 feito com a sobreposição de todos os agonistas enviesados As esferas coloridas correspondem aos pontos farmacofóricos. Grupo Doador e Aceptor de ligação Hidrogênio: Nitrogênio δ da histidina (Tolerância = 1,000 Å). Grupo Doador de ligação Hidrogênio: Nitrogênio da ligação peptídica do resíduo 8 (Tolerância = 0,985 Å). Grupos Hidrofóbicos: Cadeia lateral da valina (Tolerância = 0,500 Å) e anel da prolina (Tolerância = 0,500 Å). Grupo Aromático: Anel imidazólico da histidina (Tolerância = 0,500 Å). Centro Carregado Negativamente: Carboxilato terminal (Tolerância = 0,722 Å). Modelo 3: Foram utilizados os agonistas enviesados: SI, SII, DVG e os agonistas Ang II e SVdF. O objetivo deste modelo foi verificar se a identificação de algum dos pontos exclusivos do modelo 2 poderia ser feita se dois agonistas enviesados fossem substituídos por agonistas plenos. Neste modelo temos 6 pontos farmacofóricos (Figura 13). 23 Figura 13. Modelo 3 feito com a sobreposição dos compostos DVG, SVdF, SI, SII e Ang II. As esferas coloridas correspondem aos pontos farmacofóricos. Grupo Doador de ligação de Hidrogênio: Nitrogênio da ligação peptídica do resíduo 8 (Tolerância = 0,960 Å). Grupos Doadores e Aceptores de ligação de Hidrogênio: Nitrogênio δ da histidina (Tolerância = 0,680 Å) e nitrogênio δ da histidina (Tolerância = 0,680 Å) e Grupos Hidrofóbicos: Cadeia lateral da valina (Tolerância = 0,500 Å) e anel da prolina (Tolerância = 0,500 Å). Modelo 4: Foram utilizados os peptídeos SI, TRV23, TRV27. A utilização dos três agonistas enviesados mais potentes permitiu identificar de maneira mais precisa os pontos comuns aos agonistas enviesados.9,19 Neste modelo temos 9 pontos farmacofóricos. 24 Figura 14. Modelo 4 feito com a sobreposição dos agonistas enviesados SI, TRV23 e TRV27. As esferas coloridas correspondem aos pontos farmacofóricos. Grupo Doador de Ligação de Hidrogênio: Nitrogênio da ligação peptídica do resíduo 8 (Tolerância =0,628 Å). Grupos Doadores e Aceptores de Ligação de Hidrogênio: Nitrogênio ε da histidina (Tolerância = 0,739 Å) e o nitrogênio δ da histidina (Tolerância =0,739 Å). Grupos Hidrofóbicos: Cadeia lateral da valina (Tolerância= 0,500 Å) e o anel da prolina (Tolerância 0,500 Å). Centro Carregado Negativamente: Oxigênio do carboxilato terminal (Tolerância =0,739 Å). Grupo Aromático: Anel benzênico da tirosina (Tolerância = 0,500 Å) e anel imidazólico da histidina (Tolerância = 0,500 Å). 4.4 Discussão dos modelos e modelo final Discussão dos modelos: Nenhum dos modelos foi capaz de gerar um grupo farmacofórico para os resíduos na posição 1 e 2. Esse resultado era esperado, pois, como dito anteriormente, a porção N-terminal deste grupo de compostos apresenta grande liberdade conformacional, o que dificulta a avaliação por sobreposição. A 25 importância da arginina (resíduo 2) para o agonismo é reconhecida, porém, devido à alta variação de posição apresentada, esse grupamentoe não pôde ser considerado um ponto farmacófórico.42 Os pontos hidrofóbicos, correspondentes aos resíduos 3 e 5, cadeia lateral da valina e anel da prolina, respectivamente, aparecem em todos os modelos. Experimentos com análogos de Ang II rígidos tendo substituições nas posições 3 e 5 indicam que estes resíduos não são essenciais, pois levam a pequenas variações nos valores de atividade de agonistas e antagonistas.43,44 Já os estudos sobre a substituição da prolina indicam que o anel em sí parece não interagir com o receptor. Por ser um aminoácido rígido, sua função se resumiria a manter os demais resíduos em uma posição definida para interagir com o receptor.42 A comparação entre o modelo 2 e o modelo 4 mostra que o anel aromático da tirosina é considerado um grupo farmacofórico somente no modelo 4. Quando o composto SII [(Sar1,Ile4,Ile8)-Ang] é removido do modelo 2, o anel benzênico passa a ser considerado um ponto farmacofórico, pois há a remoção da isoleucina, que corresponde ao resíduo 4 neste composto. Todos os outros agonistas enviesados possuem a tirosina na posição 4 e apresentam potência superior à do composto SII. 9,19 A histidina é outro ponto interessante, pois aparece em todos os modelos. De fato, diversos estudos de relação estrutura-atividade apontam a tirosina e a histidina como resíduos essenciais para a atividade agonista, o que justifica a presença destes dois pontos no modelo final.42,43,44 O nitrogênio da ligação peptídica do último resíduo é outro ponto recorrente, que aparece nos modelos 2, 3 e 4. Agonistas enviesados fracos, como o TRV26 [(Sar1,Tyr5, Pro7-NH2)-Ang II] e o TRV45 [(Sar1, Arg5, Pro7-NH2)-Ang II são heptapeptídeos terminados em um grupo amidico, sugerindo que este ponto poderia ser parcialmente responsável pela atividade agonista enviesada, sendo, portanto, considerado para o modelo final. 9,18 Quando todos os modelos são comparados, percebe-se que a presença dos agonistas Ang II e SVdF não permite a formação do grupamento negativo do resíduo 8. De fato, a sobreposição da cadeia principal de todos os compostos (Figura 15) mostra que as carboxilas terminais dos agonistas enviesados ocupam um espaço bem definido, diferindo dos agonistas plenos. Esse ponto farmacofórico foi considerado no modelo final por ser capaz de diferenciar as duas classes de compostos. 26 Figura 15. Sobreposição do resíduo número 8 de todos os compostos, as cadeias laterais foram omitidas para melhor visualização. Circulado em azul temos o agrupamento das carboxilas dos agonistas enviesados e circulado em vermelho temos os agonistas plenos Ang II e SVdF. A partir da discussão apresentada anteriormente, chegou-se ao seguinte modelo de farmacóforo: Modelo Final: Sobreposição dos agonistas enviesados: SI, DVG, TRV23 e TRV27. Figura 16. Modelo Final feito com a sobreposição dos agonistas enviesados DVG, SI, TRV23 e TRV27. As esferas coloridas correspondem aos pontos farmacofóricos. 27 Grupo Doadorde Ligação de hidrogênio: Nitrogênios δ e ε do anel imidazólico e nitrogênio da ligação peptídica do resíduo 8. Grupo Aceptor de Ligação de Hidrogênio: Nitrogênios δ e ε do anel imidazólico. Grupo Negativo: Carboxilato terminal. Grupos Aromáticos: Anel benzênico da tirosina e Anel imidazólico da histidina. Figura 17. Farmacóforo para o AT1R. Grupo aromático - esfera amarela (Tolerância = 0,500 Å), Grupo doador e aceptor de ligação de hidrogênio - esfera verde (tolerância = 0,500 Å), grupo aromático - esfera amarela (Tolerância = 0,500), grupo doador e aceptor de ligação de hidrogênio - esfera verde (Tolerância = 0,739), grupo doador de ligação de hidrogênio - esfera azul (Tolerância = 0,650) e grupo carregado negativamente - esfera vermelha (Tolerância = 7,32 Å). O modelo final apresentado (Figura 17) contem 6 pontos farmacofóricos. Ressaltamos que os pontos aromático (esfera amarela) e doadores e aceptores de ligação de hidrogênio (esferas verdes) visam reproduzir o anel imidazólico em sua totalidade. Além de este anel aparecer em todos os modelos e ser essencial para a atividade, todos os ARBs no mercado possuem em sua estrutura o anel imidazólico livre ou fundido a outro anel.45 Desta forma, os pontos negativo (esfera vermelha) e o doador de ligação hidrogênio (esfera azul) seriam exclusivos para a atividade agonista enviesada enquanto que os demais pontos seriam essenciais para a atividade biológica de um modo geral (agonista, antagonista ou agonista enviesada). 28 5. CONCLUSÃO Neste trabalho simulações de dinâmica molecular foram empregadas com o intuito de gerar confôrmeros representativos para a geração de um modelo farmacofórico. Os resultados dos controles de simulação indicam a construção de um sistema de simulação estável. Os compostos simulados apresentaram alta liberdade conformacional, principalmente da porção N-terminal, estando de acordo com resultados experimentais e com o fato de serem estruturas peptídicas. A construção de um modelo farmacófórico através da sobresposição de confôrmeros obtidos por simulação foi bem sucedida. O modelo farmacofórico gerado apresentou 6 pontos farmacofóricos. Destes pontos, dois são bem conhecidos e descritos na literatura, porém nossos resultados indicam um ponto exclusivo dos agonistas enviesados. Apesar da importância do grupo carboxilato ser conhecida para o agonismo, esses resultados levantam a hipótese de que os diferentes substituintes no resíduo 8 sejam responsáveis pela indução de mudanças sutis na disposição espacial do grupo carboxilato que poderiam ser responsáveis pelo surgimento do perfil agonista enviesado destes compostos. O modelo farmacofórico gerado nesse trabalho pode ser futuramente empregado em ensaios de triagem virtual (VS). Os compostos assim selecionados poderiam ter sua atividade in vivo/in vitro avaliadas como forma de validação do modelo aqui gerado. 6. Bibliografia 1. PORTH, Carol Mattson; MATFIN Gleen. 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Gráficos de Média do Desvio Quadrático Médio (RMSF) de todos os análogos de Ang II. Os picos correspondem as cadeias laterais dos aminoácidos. 38