Estudos teóricos e estruturais para o desenvolvimento e síntese de aza-açúcares com atividade melhorada contra a Golgi α-manosidase II

Abstract

A maior parte dos tumores apresentam padrões de glicosilação aberrantes, como a siliação e a ramificação de oligossacarídeos N-ligados. Alguns destes padrões estão associados à progressão do cancro como eventos de metástase, invasão de tecidos e evasão ao sistema imune. A Golgi α- mannosidase II (GMII) cliva dois resíduos de manose aquando do processamento de oligossacarídeos N-ligados. A sua inibição leva à diminuição da progressão dos tumores tornando-se num alvo terapêutico. A swainsonina é, atualmente, o inibidor mais potente para a GMII, porém não é seletiva contra a α-mannosidase lisossomal (LM), pensando-se estar associada a alguns efeitos secundários. Neste trabalho utilizaram-se técnicas de modelação molecular para descobrir e avaliar a atividade e seletividade de novos derivados de swainsonina como as azaswainsoninas ou com outros substituintes na posição 5. A titulação de cadeias laterais de aminoácidos protonáveis foi realizada para obter uma estrutura com os estados de protonação a pH 6.6 para realizar cálculos de energia livre. As interações fundamentais para a ligação de inibidores à proteína foram deduzidas usando simulações de dinâmica molecular de complexos proteína-ligando já caracterizados. Realizou-se docking de um conjunto de derivados da swainsonina e de um pequeno conjunto de moléculas contra um conjunto de estruturas da GMII determinadas experimentalmente juntamente com um modelo flexível correspondente às estruturas de menor energia, obtido por dinâmica molecular e análise de componentes principais. Concluido-se assim, que a maior parte dos análogos criados tem uma afinidade semelhante ou superior à da swainsonina e alguns mostram seletividade. Os cálculos de integração termodinâmica permitiram, de uma forma mais rigorosa, mostrar quais os grupos funcionais mais favorecidos e os cálculos de MM-PBSA mostraram o comportamento dinâmico dos derivados desenvolvidos, apesar de não ser possível aferir a afinidade por este método.

Most tumors show altered glycosylation patterns, such as sialylation and ramification of Nlinked oligossarides. Some are associated to cancer progression events, such as metastasis, tissue invasion, growth and non-recognition by the immune system. Golgi α-mannosidase II (GMII) plays a key role in the N-glycosylation pathway, trimming two mannose residues. The inhibition of GMII leads to a decrease in cancer progression. Therefore, GMII is a promising therapeutic target. Swainsonine is the most potent inhibitor for GMII kwown. However, it also inhibits lysossomal α- mannosidase (LM) and it is thought to be associated to several side effects. In the current work, molecular modelling techniques were used in order to find and evaluate the activity and selectivity of new swainsonine derivatives such as azaswainsonines or other possessing new moieties in position 5. Titration of ionizable sidechains of aminoacids was done in order to obtain a structure with the correct protonation states at pH 6.6. This structure was used to build the systems for free energy calculations. The most important interactions for ligand binding were concluded using molecular dynamics simulations of already known and characterized protein-ligand complexes. Docking of a set of swainsinone derivatives and a small set of miscellaneous molecules was made against another set of crystallographic structures along with a flexible model of low energy structures, obtained by molecular dynamics and principal component analysis. It was concluded that most swainsonine analogues display a similar or greater affinity than swainsonine and some of these even show selectivity. Thermodynamic integration calculations showed in a more rigorous way which were the most favoured moieties and MM-PBSA calculations allowed to check the dynamic behavior of the developed analogues, despite the fact that it was not possible to confirm the analogues’ affinity in this way.