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Please use this identifier to cite or link to this item: https://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9445
Document type: Tese
Title: Modelos computacionais para previsão de afinidade entre ligantes e proteínas alvos para o desenvolvimento de fármacos
Author: Ávila, Maurício Boff de 
Advisor: Azevedo Junior, Walter Filgueira de
Abstract (native): Antibióticos são os medicamentos de maior sucesso do século XX e, provavelmente, de toda a história da medicina. Porém, conforme os anos foram passando, as descobertas de novos compostos antimicrobianos tornaram-se cada vez mais escassas e a resistência bacteriana está em evidência. A partir disso, selecionou-se a enzima Trans-2-Enoil (ACP) Redutase (InhA) (E.C. 1.3.1.9) como um dos focos desse trabalho, pois apresenta papel crucial no tratamento antituberculose. Da mesma forma que as novas cepas de bactérias resistentes podem trazer complicações para os próximos anos da saúde pública, as neoplasias são doenças conhecidas há muitos anos, mas que ainda carecem de uma resolução rápida e sem efeitos colaterais graves. Câncer pode ser definido, simplificadamente, como um conjunto de células com crescimento descontrolado e com capacidade de invadir novos tecidos. Com um olhar direcionado para essa necessidade de novos fármacos quimioterápicos contra neoplasias, escolheu-se a enzima Quinase dependente de Ciclina tipo 2 (CDK2) (E.C. 2.7.11.22) como outro alvo do trabalho, em virtude, principalmente, da sua atividade controladora do ciclo celular eucariótico. Em consonância as necessidades atuais expostas anteriormente, o objetivo geral do presente trabalho se designa a determinar as bases estruturais para a inibição das enzimas InhA e CDK2 com enfoque nas interações ocorridas no sistema proteína-ligante. A execução do trabalho foi realizada a partir dos métodos de Computação Bioinspirada, campo da Computação Natural, que baseia sua abordagem em processos observados na natureza. Como base metodológica do estudo seguiu-se as etapas de realização do docking molecular na tentativa de encontrar termos energéticos que melhor descrevessem as interações de cada uma das enzimas com possíveis ligantes não-covalentes. Com o auxílio do software SAnDReS foram utilizados Métodos de Aprendizado de Máquina para que, a partir dos termos energéticos clássicos presentes nos programas MVD, AD4 e Vina, fossem construídas funções escore polinomiais na tentativa de predizer o grau de afinidade entre os dois sistemas biológicos anteriormente citados e possíveis candidatos a inibidores. Para InhA, as duas funções polinomiais, Polscore231 (Vina) ( = 0,709; p-value1 < 0,03) e Polscore345 (AD4) ( = 0,717; p-value1 < 0,03) obtiveram valores estatísticos satisfatórios colocando-se como boas opções em estudos de seleção de inibidores. Para CDK2, a função polinomial Polscore60 (MVD) ( = 0,328; p-value1 < 0,02) foi a melhor opção tanto na predição de afinidade de um conjunto de estruturas com resolução menor de 1,5Å (HRIC50), quanto para o conjunto de estruturas contendo apenas CDK’s2. A partir dos valores de correlação obtidos para cada uma das funções é sugerido que em estudos posteriores as funções polinomiais sejam utilizadas na seleção de candidatos a possíveis novas drogas com ação inibitória sobre o sítio catalítico dessas duas enzimas.
Abstract (english): Antibiotics are the most successful drugs of the 20th century and, probably, of the entire history of medicine. However, as the years went by, discoveries of new antimicrobial compounds became increasingly scarce and bacterial resistance is in evidence. From this, we selected the enzyme Trans-2-Enoyl (ACP) Reductase (InhA) (E.C. 1.3.1.9) as one of the focuses of this work, because it plays a crucial role in the anti-tuberculosis treatment. In the same way that new strains of resistant bacteria can bring complications for the coming years of public health, neoplasms are diseases that have been known for many years, but which still need to be resolved quickly and without serious side effects. Cancer can be defined as a set of cells with uncontrolled growth and the ability to invade new tissues. A directed look to this need for new chemotherapy drugs against neoplasms, we chose the enzyme Cyclin-dependent Kinase type 2 (CDK2) (E.C. 2.7.11.22) as another target of the work, mainly due to its controlling activity of the eukaryotic cell cycle. In line with the current needs exposed before, the general objective of the present work is to determine the structural bases for the inhibition of the enzymes InhA and CDK2 with a focus on the interactions that occur in the protein-ligand system. The work was carried out using the methods of Bioinspired Computing, a field of Natural Computing, which bases its approach on processes observed in nature. The methodological basis of the study followed the steps of performing molecular docking to find energetic terms that best described the interactions of each of the enzymes with possible non-covalent ligands. With the aid of the SAnDReS software, Machine Learning Methods were used, based on the classic energy terms present in the MVD, AD4 and Vina programs, polynomial score functions were constructed in an attempt to predict the degree of affinity between the two biological systems before cited and possible candidates for inhibitors. For InhA, the two polynomial functions, Polscore231 (Vina) ( = 0.709; p-value1 <0.03) and Polscore345 (AD4) ( = 0.717; p-value1 <0.03) obtained satisfactory statistical values, placing themselves as good options in inhibitor selection studies. For CDK2, the Polscore60 (MVD) polynomial function ( = 0.328; p-value1 <0.02) was the best option both in predicting the affinity of a set of structures with a resolution less than 1.5Å (HRIC50), and for the set of structures containing only CDK's2. From the correlation values obtained for each of the functions, is suggested that in later studies the polynomial functions are used in the selection of candidates for possible new drugs with inhibitory action on the catalytic site of these two enzymes.
Keywords: Docking
Aprendizado de Máquina
InhA
CDK2
Desenho de Drogas
CNPQ Knowledge Areas: CIENCIAS BIOLOGICAS::BIOLOGIA GERAL
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Institution Acronym: PUCRS
Department: Escola de Ciências
Program: Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular
Access type: Acesso Aberto
Fulltext access restriction: Trabalho não apresenta restrição para publicação
URI: http://tede2.pucrs.br/tede2/handle/tede/9445
Issue Date: 15-Oct-2020
Appears in Collections:Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular

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