AULA 5AULA 5

QSAR 3DQSAR 3DQSAR 3DQSAR 3DInteração FármacoInteração Fármaco--ReceptorReceptor

Na maioria dos casos, a ação dos fármacos está ligada a interação fármaco-receptor, através de uma associação do tipo reversível e não-fármaco receptor, através de uma associação do tipo reversível e nãocovalente

AgonistasAgonistas

3DRECEPTOR FÁRMACORESPOSTA

FARMACOLÓGICA Antagonistas

Inibidores

modelagem molecularmodelagem molecularReconhecimentoReconhecimento molecularmolecularReconhecimentoReconhecimento molecularmolecular

O processo de reconhecimentoO processo de reconhecimento molecular é um processo tridimensionaltridimensional

Conformaçãode Mínima

i

Conformaçãobioativa Conformação

energiaç

bioativa

QSAR 3DQSAR 3D Planejamento de NCEs

Qual composto deve ser sintetizado- Qual composto deve ser sintetizado

- Planejamento de moléculas com propriedades superiores

- Combinação de propriedades múltiplas: propriedade-alvo

****************************

- Planejamento da síntese e avaliação de novas moléculas bioativasj ç

- Processo cíclico que envolve: formulação, predição, síntese e avaliação biológica

- Combinação de propriedades otimizadas

QSAR � Química Medicinal

C MFAC MFACoMFACoMFAAnálise Comparativa dos Campos MolecularesAnálise Comparativa dos Campos Moleculares

Modelagem realizada em estaçõesModelagem realizada em estaçõescomputacionais usando-se a plataformaSYBYL e o módulo de QSAR com CoMFA

QSAR 3DQSAR 3DQSAR 3DQSAR 3DAspectos HistóricosAspectos Históricos

� Em 1979 Cramer e Milne fizeram a primeira tentativa de comparar� Em 1979, Cramer e Milne fizeram a primeira tentativa de comparar moléculas através do alinhamento destas no espaço e mapeamento de seus campos em um grade 3D

� Em 1988, uma publicação no Journal of the American Chemical Society* revelou o método chamado de análise comparativa dos y pcampos moleculares “CoMFA” (Comparative Molecular Field Analysis)

* R. D. Cramer, III, D. E. Patterson, J. D. Bunce, J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, 5959-5967.

C MFAC MFACoMFACoMFAAnálise Comparativa dos Campos MolecularesAnálise Comparativa dos Campos Moleculares

CoMFACoMFAAnálise Comparativa dos Campos Moleculares

• O método CoMFA foi pioneiro num pnovo paradigma de QSAR-3D

• O método baseia-se na premissa de que a atividadebiológica está diretamente relacionada com asginterações fármaco e receptor, ou seja, as moléculasbioativas geralmente produzem seus efeitos através deg pinterações (não-covalentes) estereoquímicas eeletrostáticas com o alvo macromolecular

CoMFACoMFAAnálise Comparativa dos Campos Moleculares

Atividade biológica está relacionada com as interaçõesestereoquímicas e eletrostática (campos moleculares deinteração)

estereoquímica eletrostática

Cramer, R. D. et al. J. Am. Chem. Soc., 110, 5959–5867, 1988.

QSAR 3D - CoMFAQSAR 3D - CoMFASYBYL – QSAR com CoMFA

N ét d C MFA lé lNo�método CoMFA,�as�moléculassão representadas e�comparadaspor seus campos estéreos epor seus campos estéreos e�eletrostáticos amostrados nasintersecções das grades abrangendointersecções das�grades�abrangendouma região tridimensional�da caixa

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAEtapasEtapas

� moléculas interagem com o mesmo receptor-alvoConjunto g p� moléculas atuam pelo mesmo mecanismo de ação� mesmo sítio de ligação e mesma geometria relativa

Conjuntode Dados

Modelo CoMFAConjunto

TesteConjunto

Treinamento TesteTreinamento

QSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFA

Etapas CoMFA Geração do conjunto de dados 3DEtapas CoMFA Geração do conjunto de dados 3D

Ali h t l l

Cálculo de cargas (Tripos, MOPAC)Minimização de estruturas

Alinhamento molecular

Cál l d té l t tátiCálculo dos campos estéreos e eletrostáticos

Análise PLSValidação cruzada

q2 e r2

Mapas de contorno CoMFA

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAEtapasEtapas

� Gerar as moléculas, salvar, criar diretório de trabalhoConjuntode Dados

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAPrática: Geração das MoléculasPrática: Geração das Moléculas

As moléculas devem serAs moléculas devem sergeradas e associadas a um código no diretório base do conjunto de dados

Conjuntode Dados

do conjunto de dados

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAPrática: Geração da Tabela de Informação MolecularPrática: Geração da Tabela de Informação Molecular

ColunasMolecular

Spreadsheet(MSS)

Colunas(propriedades)Tabela de

InformaçãoMolecular (MSS)Molecular

Linhas(estruturas)

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAPropriedades Calculadas ou MedidasPropriedades Calculadas ou Medidas

Descritores VariáveisIndependentes Bloco-Xp

Colunas no MSS

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAPrática: Geração da Tabela de Informação MolecularPrática: Geração da Tabela de Informação Molecular

Descritores

MolecularSpreadsheet

(MSS)

Tabela de Informação

Molecular (MSS)Molecular

VariáveisVariáveisIndependentes

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAPropriedade BiológicaPropriedade Biológica

PropriedadeBiológica

VariávelDependente Bloco-Y

1a Coluna no MSS

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAPrática: Geração da Tabela de Informação MolecularPrática: Geração da Tabela de Informação Molecular

PropriedadeBiológica

MolecularSpreadsheet

(MSS)

Tabela de Informação

Molecular (pKi; pIC50; pMIC)(MSS)Molecular

VariávelVariávelDependentes

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAEtapasEtapas

� Calcular cargas parciais atômicas para todas as moléculas do� Calcular cargas parciais atômicas para todas as moléculas do conjunto de dados

QSAR 3DQSAR 3D -- CoMFACoMFAQSAR 3D QSAR 3D -- CoMFACoMFAEtapasEtapas

� Gerar as conformações

QSAR 3D - CoMFAQSAR 3D - CoMFAEtapas

Modelos devem ser gerados para orientar a sobreposição de todas as moléculas de forma a gerar um alinhamento molecular 3D únicomoléculas de forma a gerar um alinhamento molecular 3D único

A interação de fármacos e proteínas depende da l t id d t li t bi ticomplementaridade entre o ligante bioativo e o

receptor-alvo em um arranjo 3D capaz de representar todas as propriedades moleculares relevantes

Alinhamento MolecularAlinhamento MolecularAlinhamento MolecularAlinhamento MolecularAlinhamento Estrutural de MoléculasAlinhamento Estrutural de Moléculas

Uma das etapas críticas dos métodos deQSAR-3D;QSAR 3D;Um dos aspectos mais importantes dométodo CoMFA;

As moléculas dos ligantes são alinhadas demaneira a maximizar a sobreposição dosmaneira a maximizar a sobreposição doselementos farmacofóricos responsáveispor produzir a resposta biológica

furosemida (Lasix®) - Diurético

Métodos de Alinhamento Molecular1. Conformação de mínimo energético2 Conformação cristalográfica (“bioativa”)2. Conformação cristalográfica ( bioativa )3. Docagem molecular baseado no receptor biológico

(e g FlexX GOLD)(e.g., FlexX, GOLD)

Estado inicial

ener

gia

e

Mínimo globalBarco Cadeira

variação

Mínimo local Mínimo global (conformação mais estável)11,917 Kcal/mol 6,558 Kcal/mol

Conformação deConformação deConformação deConformação demínima energiamínima energia

Conformação de menor energia é usado como modelo para o alinhamento ç g pmolecular do conjunto de dados

Conformação deConformação deFragmento molecular

utilizado para o alinhamento

Conformação deConformação demínima energiamínima energia

N

N

N

70 inibidores derivados d d i d NNde adenosina da

GAPDH de L. mexicana

NHR1

O OHN

N

N

N

R2

O

O OHO OH

R3

Conformação deConformação deConformação deConformação demínima energiamínima energia

Conformação de mínima energiaConformação de mínima energiaConformação de mínima energiaConformação de mínima energia

Temiz-Arpaci O., et. al., Bioorg. & Med.Chem, 2005, 13, 6354-6359

Diferença entre a çestrutura minimizada e cristalográficacristalográfica

ângulos torsionaistorsionais

minimizada “bioativa” Suresh S., et. al. J. Mol. Bio, 2001, 309, 423-4335

Conformação cristalográfica (“bioativa”)Conformação cristalográfica (“bioativa”)

Suresh S., et. al. J. Mol. Bio, 2001, 309, 423-4335

Baseado na estrutura do alvo receptorBaseado na estrutura do alvo receptorpp

O alinhamento molecular poderá ser feito com base napoderá ser feito com base na estrutura do receptor biológico, usando programas de docagem molecular como ode docagem molecular como o GOLD, FlexX e Dock

Baseado na estrutura do alvo receptorBaseado na estrutura do alvo receptorppPDB=1I32Resolução = 2,6Å

70 inibidores derivados de adenosina da GAPDH de L. mexicanaSuresh S., et. al. J. Mol. Bio, 2001, 309, 423-4335

Baseado na estrutura do receptorBaseado na estrutura do receptorpp

FlexXFlexX GOLDGOLD

Baseado na estrutura do receptorBaseado na estrutura do receptorpp

Código PDB: 1B8O

QSAR 3D - CoMFACaixa, Grade e Campos 3D

Após a sobreposição das moléculas, uma caixa é construída ao redor de todas as moléculas. Uma distância de grade de 2 Å é selecionadapara gerar pontos nas intersecções de um arranjo regularpara gerar pontos nas intersecções de um arranjo regular

QSAR 3D - CoMFAQSAR 3D - CoMFAEtapas

Sondas atômicas são usadas para calcular os valores dos campos em cada ponto da grade, ou seja, os valores de energia gerados pela sondae e g a ge ados pe a so dana posição correspondente do arranjo 3D regular

Estes campos correspondem as colunas nasEstes campos correspondem as colunas nas tabelas que devem ser correlacionadas com

os valores da propriedade biológica no p ocesso de modelagemde QSARprocesso de modelagemde QSAR

Arranjo Tridimensional (Grid)

SondaSondamolecularmolecular

+1C-sp3