UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA FACULDADE DE CIÊNCIAS DA SAÚDE RODRIGO SOUZA SILVA VALLE DOS REIS AVALIAÇÃO IN SILICO DE FÁRMACOS COMERCIAIS PARA REPOSICIONAMENTO NA TERAPÊUTICA DA TUBERCULOSE BRASÍLIA 2020 Rodrigo Souza Silva Valle Dos Reis AVALIAÇÃO IN SILICO DE FÁRMACOS COMERCIAIS PARA REPOSICIONAMENTO NA TERAPÊUTICA DA TUBERCULOSE Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas da Faculdade de Ciências da Saúde, Universidade de Brasília, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Ciências Farmacêuticas. Orientador(a): Prof. Dr. Mauricio Homem de Mello BRASÍLIA 2020 Rodrigo Souza Silva Valle Dos Reis AVALIAÇÃO IN SILICO DE FÁRMACOS COMERCIAIS PARA REPOSICIONAMENTO NA TERAPÊUTICA DA TUBERCULOSE Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Ciências da Saúde, Universidade de Brasília, como requisito parcial à obtenção do título de Mestre em Ciências Farmacêuticas. Aprovada em 27 de Agosto de 2020. Banca Examinadora ____________________________________ Prof. Dr. Maurício Homem de Mello – Universidade de Brasília ____________________________________ Profª. Dra. Pérola de Oliveira Magalhães – Universidade de Brasília ____________________________________ Profª. Dra. Márcia Renata Mortari – Universidade de Brasília AGRADECIMENTOS Ao professor Maurício, pela oportunidade de conhecer uma área completamente nova e diferente de tudo o que já havia tido contado na graduação, pela orientação fantástica, sempre disposto a ajudar e a sanar qualquer dúvida e principalmente por me acalmar e motivar, muito mais vezes do que imagina. À minha mãe, dona Lúcia, que sempre acredita em mim e me motiva em tudo o que decido fazer. Às todas as minhas colegas de InSiliTox, pelo companheirismo nos poucos momentos que pudemos interagir pessoalmente, mas principalmente à Adriana e a Giulia, com quem eu aprendi muito e sem as quais esse trabalho teria sido muito mais árduo e sem graça. Aos professores que tive o prazer de participar das aulas durante o programa, muitos os quais já conhecia desde a graduação e que pude reencontrar e descobrir uma didática completamente nova, mais desafiadora e enriquecedora. Aos meus ex-colegas de trabalho da Coordenação de Doenças em Eliminação, por toda parceria e por todo conhecimento que me transmitiram no curto período que estivemos juntos, mas principalmente à Marquinhos e minhas ex-chefes Carmelita e Jean-Marie por acreditarem no meu potencial e me darem uma oportunidade que me fez crescer muito como profissional. À Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal e a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior pelo fomento. “Nothing in life is to be feared, it is only to be understood. Now is the time to understand more, so that we may fear less.” Marie Curie Resumo A Tuberculose é uma doença infecciosa causada pela Mycobacterium tuberculosis, agente etiológico que foi descoberto em 1882 por Robert Koch e que até os dias atuais segue como um problema de saúde pública em diversos países, entre eles o Brasil. O reposicionamento de fármacos é um grande aliado na investigação por novas alternativas terapêuticas utilizando-se de substâncias que já passaram por todas as fases do desenvolvimento e já são aplicadas na clínica, reduzindo não só o tempo de pesquisa, mas também seus custos. Devido à grande capacidade computacional dos dias atuais e o vasto conhecimento das estruturas proteicas e seus comportamentos é possível através de uma série de diferentes algoritmos simular o comportamento de um alvo proteico ao contato com um ligante, duas técnicas que se utilizam disso são o Virtual Screening e o Molecular Docking. Neste trabalho submetidos à Virtual Screening 1813 fármacos comerciais, selecionados a partir base de dados integrity, em três alvos protéicos de interesse à terapia da tuberculose, RNA polimerase (alvo da rifampicina), enoil-ACP-redutase (alvo da isoniazida) e MmpL3 (Mycobacterial membrane protein Large 3). Os melhores resultados foram subimetidos à docagem molecular e à comparação com as principais interações com os ligantes originais dos alvos; No total foram encontrados 28 candidatos com potencial atividade de inibição enzimática. Palavras Chave: Mycobacterium tuberculosis; Molecular Docking; Virtual Screening.. Abstract Tuberculosis is an infectious disease caused by Mycobacterium tuberculosis, their etiological agent that was discovered in 1882 by Robert Koch and nowadays remains a public health problem in several countries, including Brazil. Drug Repurposing is a great ally in the investigation for new therapeutic alternatives by using drugs that have already gone through all stages of development and are already applied in the clinic, reducing not only research time but also all their costs. Due to the great computational capacity of today and the vast knowledge of protein structures and their behaviors, it is possible through a series of different computational algorithms to simulate the behavior of a protein target upon their contact with a ligand. Two techniques use this, the Virtual Screening and Molecular Docking. In this work submitted to Virtual Screening 1813 commercial drugs, selected from the Cortellis Integrity database, in three protein targets of interest to tuberculosis therapy, RNA polymerase (target of rifampicin), enoil-ACP-reductase (target of isoniazid) and MmpL3 (Mycobacterial membrane protein Large 3). The best results were subjected to molecular docking and compared to the main interactions with the target's original ligands; In total 28 candidates were found with potential enzyme inhibiting activity. Keywords: Mycobacterium tuberculosis; Molecular Docking; Virtual Screening SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .......................................................................................... 12 1.1. Caracteríscas gerais do Mycobacterium tuberculosis ........................ 14 1.1. Tratamento farmacológico .................................................................. 16 1.1.1. Esquema Básico de Tratamento da Tuberculose .......................... 18 1.1.1.1. Rifampicina (R) ........................................................................ 19 1.1.1.2. Isoniazida (H) ........................................................................... 22 1.1.1.3. Pirazinamida (Z) ...................................................................... 26 1.1.1.4. Etambutol (E) ........................................................................... 28 1.2. Reposicionamento de Fármacos ........................................................ 29 1.3. Virtual Screening ................................................................................ 32 1.3.1. Bases de dados ............................................................................. 33 1.3.2. Algoritmos de Virtual Screening .................................................... 36 1.3.3. Genetic Optimisation for Ligand Docking – GOLD ........................ 38 1.3.4. Piecewise Linear Potential – PLP e ChemPLP.............................. 39 1.4. Docagem Molecular (Molecular Docking) ........................................... 41 1.4.1. Root-Mean-Square Deviation (RMSD) .......................................... 42 2. OBJETIVOS .............................................................................................. 44 2.1. Objetivo Geral .................................................................................... 44 2.2. Objetivos ............................................................................................ 44 3. MATERIAL E MÉTODO ............................................................................ 45 3.1. Criação do Banco de ligantes ............................................................. 45 3.2. Seleção dos alvos proteicos de M. tuberculosis ................................. 47 3.3. Virtual Screening ................................................................................ 47 3.4. Docagem molecular............................................................................ 49 3.5. Validação ............................................................................................ 49 3.6. Construção dos diagramas 2D para visualização das interações entre ligante e proteína. .................................................................................................. 50 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................ 51 4.1. Banco de ligantes ............................................................................... 51 4.2. Seleção dos alvos proteicos ............................................................... 51 4.3. Virtual Screening ................................................................................ 55 4.4. Validação ............................................................................................ 59 4.5. Docagem Molecular............................................................................ 61 4.5.1. RNA Polimerase ............................................................................ 61 4.5.2. Enoil ACP redutase ....................................................................... 63 4.5.3. Transportador de ácido micólico MmpL3 ....................................... 65 4.6. Interações ligante-proteína ................................................................. 68 4.6.1. 6CCV – RNA Polimerase .............................................................. 68 4.6.1.1. Coenzima Q10 ........................................................................