A malária é considerada um grave problema de saúde pública mundial. Os parasitas causadores da doença são protozoários pertencentes ao gênero Plasmodium sp sendo que no Brasil as espécies P. vivax e P. falciparum são as responsáveis por, respectivamente, 15% e 85% dos casos, e esta última pela maioria das mortes. O parasita é altamente adaptável resultando na crescente resistência à terapia combinada à base de artemisinina (tratamento de primeira linha), o que tornou essa estratégia ameaçada devido ao aparecimento de parasitas resistentes no sudeste asiático. Após a conclusão do genoma do P. falciparum, quatro cisteíno proteases do tipo papaína puderam ser identificadas, caracterizadas e isoladas. As falcipaínas 2 e 3 (FP2/FP3) foram descritas como as principais hemoglobinases presentes no vacúolo digestivo do parasita. O objetivo geral deste trabalho consistiu em investigação computacional para o planejamento de fármacos antimaláricos, inibidores das enzimas FP2 e PF3, a partir da estrutura de complexos de inibidores sintéticos e substratos naturais com essas enzimas. Como substratos naturais estão sendo empregados os peptídeos: LEKI, LESA, LRFP, LEAG, LEFG, LEFA, LEFP, LRAG, LRAP e LRFG e como inibidores sintéticos os compostos: V1b, V5b, Et2b, Et4c, Des4, Zhu2k, I, II e III. As principais técnicas utilizadas são Ancoramento Molecular e simulações por Dinâmica Molecular dos complexos enzimas-inibidores em solução aquosa, empregando software livre. Os resultados nas simulações controle sobre as enzimas livres, permitiram observar grande flexibilidade em solução aquosa com movimentos de larga escala e de abertura e fechamento dos sítios catalíticos, ao mesmo tempo em que as estruturas secundárias permaneceram estáveis. As simulações de Dinâmica Molecular dos complexos das enzimas FP2 e FP3 com os 19 ligantes resultaram na quantificação das Ligações Hidrogênio e cálculo da energia livre de ligação. A análise de Ligações Hidrogênio mostrou um perfil diferenciado entre as duas enzimas, com a FP2 tendo no geral um número maior de Ligações Hidrogênio tanto para os inibidores sintéticos quanto para os substratos naturais, o que pode indicar que estes se estabilizam melhor no sítio ativo da FP2. A análise da energia livre de ligação mostrou que os ligantes preferem a FP2, o que confirma os dados de Ligações Hidrogênio. Sobrepondo as informações de Ligações Hidrogênio com os valores de energia livre de ligação, os ligantes foram classificados de acordo com cada enzima. Como bons candidatos para o planejamento de fármacos contra a FP2 temos os ligantes V1b, Et2b, II, LESA, LEAG e LRFP e contra a FP3 temos os ligantes Et2b, Et4c, II, LEKI, LEAG e LRAG. Conclui-se que os ligantes Et2b e LEAG são bons candidatos para o planejamento de fármacos contra as duas enzimas.
ABSTRACT - Malaria is one of the most severe public health problems worldwide. The causative agents of Malaria are parasites of the genus Plasmodium. In Brazil, the species P. vivax and P. falciparum are responsible for 15% and 85% of cases, respectively, with the latter being responsible for the majority of deaths. The parasite has a high level of adaptability, allowing it to develop increasing resistance to the combined therapy based on artemisinin (first line treatment). The efficacy of such treatments is now threatened by the rise of resistant parasites in the Southeast of Asia. Following the sequencing of the P. falciparum genome, four papainlike cysteine proteases were identified, isolated and characterized. Falcipains 2 and 3 (FP2/FP3) were described as the principal hemoglobinases at the parasite digestive vacuole. The main goal of this work was the in silico design of antimalarial drugs focusing on the inhibition of FP2 and FP3. For this we used available structural data for these enzymes in complex with synthetic inhibitors and natural substrates. The natural substrates used were the peptides LEKI, LESA, LRFP, LEAG, LEFG, LEFA, LEFP, LRAG, LRAP and LRFG. The synthetic inhibitors used were V1b, V5b, Et2b, Et4c, Des4, Zhu2k, I, II and III. The main techniques used were molecular docking and molecular dynamics simulations of the enzymeinhibitor complexes in aqueous solution using free software. Control simulations with free enzymes revealed high flexibility in aqueous solution, with large-scale movements and opening and closure of the catalytic site, while the secondary structures remained stable. The molecular dynamics simulations of FP2 and FP3 with ligands allowed the quantification of hydrogen bonds and the calculation of binding free energy. The hydrogen bond analysis revealed a differential profile between the two enzymes. FP2 has a larger number of hydrogen bonds with both the synthetic inhibitors and the natural substrates, which may indicate greater stability at its active site. The binding free energy analysis showed that the ligands preferentially bind FP2, corroborating the hydrogen bond findings. We superimposed the hydrogen bond data with the binding free energy values and classified the ligands according to both enzymes. We propose that ligands V1b, Et2b, II, LESA, LEAG and LRFP are good candidates for FP2 drugs while ligands Et2b, Et4c, II, LEKI, LEAG and LRAG show promise for FP3. We therefor conclude that ligands Et2b and LEAG are good candidates for the further development of drugs against both enzymes.
