QSAR 3D Planejamento de NCEs QSAR 3D. O processo de reconhecimento molecular é um processo tridimensional. Conformação bioativa.

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1 QSAR 3D Interação Fármaco-Receptor AULA 5 a maioria dos casos, a ação dos fármacos está ligada a interação fármaco-receptor, receptor, através de uma associação do tipo reversível e não- covalente Agonistas RESPOSTA FARMACOLÓGICA RECEPTOR FÁRMACO Antagonistas 3D Inibidores modelagem molecular Reconhecimento molecular O processo de reconhecimento molecular é um processo tridimensional QSAR 3D Planejamento de CEs - 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 bioativas - Processo cíclico que envolve: formulação, predição, síntese e avaliação biológica Conformação de Mínima energia Conformação bioativa Conformação bioativa - Combinação de propriedades otimizadas QSAR Química Medicinal

2 CoMFA Análise Comparativa dos Campos es QSAR 3D Aspectos Históricos Modelagem realizada em estações computacionais usando-se a plataforma SYBYL e o módulo de QSAR com CoMFA 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 campos moleculares CoMFA (Comparative Field Analysis) * R. D. Cramer, III, D. E. Patterson, J. D. Bunce, J. Am. Chem. Soc., 1988, 110, CoMFA Análise Comparativa dos Campos es CoMFA Análise Comparativa dos Campos es O método CoMFA foi pioneiro num novo paradigma de QSAR-3D O método baseia-se na premissa de que a atividade biológica está diretamente relacionada com as interações fármaco e receptor, ou seja, as moléculas bioativas geralmente produzem seus efeitos através de interações (não-covalentes) estereoquímicas e eletrostáticas com o alvo macromolecular

3 CoMFA Análise Comparativa dos Campos es Atividade biológica está relacionada com as interações estereoquímicas e eletrostática (campos moleculares de interação) SYBYL QSAR com CoMFA estereoquímica eletrostática o método CoMFA, as moléculas l são representadas e comparadas por seus campos estéreos e eletrostáticos amostrados nas intersecções das grades abrangendo abrangendo uma região tridimensional da caixa Cramer, R. D. et al. J. Am. Chem. Soc., 110, , CoMFA Geração do conjunto de dados 3D Minimização de estruturas Cálculo de cargas (Tripos, MOPAC) Conjunto de Dados moléculas interagem com o mesmo receptor-alvo moléculas atuam pelo mesmo mecanismo de ação mesmo sítio de ligação e mesma geometria relativa Alinhamento molecular l Cálculo l dos campos estéreos e eletrostáticos táti Análise PLS Validação cruzada q 2 e r 2 Conjunto Treinamento Modelo CoMFA Conjunto Teste Mapas de contorno CoMFA

4 Prática: Geração das Moléculas Conjunto de Dados Gerar as moléculas, salvar, criar diretório de trabalho Conjunto de Dados As moléculas devem ser geradas e associadas a um código no diretório base do conjunto de dados Prática: Geração da Tabela de Informação Propriedades Calculadas ou Medidas Tabela de Informação Spreadsheet (MSS) Colunas (propriedades) Descritores Variáveis Independentes Bloco-X Linhas (estruturas) Colunas no MSS

5 Prática: Geração da Tabela de Informação Propriedade Biológica Descritores Tabela de Informação Spreadsheet (MSS) Propriedade Biológica Variável Dependente Bloco-Y Variáveis Independentes 1 a Coluna no MSS Prática: Geração da Tabela de Informação Tabela de Informação Spreadsheet (MSS) Propriedade Biológica (pki; pic 50 ; pmic) Calcular cargas parciais atômicas para todas as moléculas do Calcular cargas parciais atômicas para todas as moléculas do conjunto de dados Variável Dependentes

6 Gerar as conformações Modelos devem ser gerados para orientar a sobreposição de todas as moléculas de forma a gerar um alinhamento molecular 3D único A interação de fármacos e proteínas depende da complementaridade d entre o ligante bioativo e o receptor-alvo em um arranjo 3D capaz de representar todas as propriedades moleculares relevantes Alinhamento Alinhamento Estrutural de Moléculas Uma das etapas críticas dos métodos de QSAR-3D; Um dos aspectos mais importantes do método CoMFA; As moléculas dos ligantes são alinhadas de maneira a maximizar a sobreposição dos elementos farmacofóricos responsáveis por produzir a resposta biológica furosemida (Lasix ) - Diurético

7 Métodos de Alinhamento 1. Conformação de mínimo energético 2. Conformação cristalográfica ( bioativa ) 3. Docagem molecular baseado no receptor biológico (e.g., FlexX, GOLD) Conformação de mínima energia Estado inicial energia Barco Cadeira 11,917 Kcal/mol 6,558 Kcal/mol Mínimo local Mínimo global (conformação mais estável) Conformação de menor energia é usado como modelo para o alinhamento molecular do conjunto de dados variação Conformação de mínima energia Fragmento molecular utilizado para o alinhamento Conformação de mínima energia 70 inibidores derivados de adenosina da GAPDH de L. mexicana R 1 H O R 2 OH O OH R 3

8 Conformação de mínima energia Diferença entre a estrutura minimizada e cristalográfica ângulos torsionais Temiz-Arpaci O., et. al., Bioorg. & Med.Chem, 2005, 13, minimizada bioativa Suresh S., et. al. J. Mol. Bio, 2001, 309, Conformação cristalográfica ( bioativa ) Baseado na estrutura do alvo receptor O alinhamento molecular poderá ser feito com base na estrutura do receptor biológico, usando programas de docagem molecular como o GOLD, FlexX e Dock Suresh S., et. al. J. Mol. Bio, 2001, 309,

9 Baseado na estrutura do alvo receptor PDB=1I32 Resolução = 2,6Å Baseado na estrutura do receptor FlexX GOLD Suresh S., et. al. J. Mol. Bio, 2001, 309, inibidores derivados de adenosina da GAPDH de L. mexicana Baseado na estrutura do receptor Caixa, 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 selecionada para gerar pontos nas intersecções de um arranjo regular Código PDB: 1B8O

10 Sondas atômicas são usadas para calcular os valores dos campos em cada ponto da grade, ou seja, os valores de energia e gerados pela sonda na posição correspondente do arranjo 3D regular Sonda molecular +1 C-sp 3 Arranjo Tridimensional (Grid) Estes campos correspondem as colunas nas tabelas que devem ser correlacionadas com os valores da propriedade biológica no processo de modelagemde QSAR