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Tipo de Documento: Dissertação
Título: Uso de métodos in silico para a identificação de alcaloides com atividade em múltiplos alvos no tratamento da doença de Alzheimer
Título(s) alternativo(s): Use of in silico methods for the identification of alkaloids with multiple target activity in the treatment of Alzheimer's disease
Autor(es): Santos, Yria Jaine Andrade
Data do documento: 17-Fev-2025
Orientador: Oliveira, Tiago Branquinho
Resumo: A doença de Alzheimer é uma doença neurodegenerativa prevalente e progressiva, sendo a principal causa de demência global. Apesar da ampla incidência, os tratamentos disponíveis são escassos. Atualmente as buscas por novas opções terapêuticas têm se voltado para as vias colinérgica e glutamatérgica. Abordagens in silico são essenciais para identificar substâncias promissoras, reduzindo custos e tempo de pesquisa. O objetivo desse estudo é identificar alcaloides com potencial atividade através de triagem virtual por meio de modelos QSAR e docking. Os modelos QSAR foram desenvolvidos a partir de bancos de estruturas testadas nesses alvos. Descritores 2D e 3D foram calculados e avaliados quanto à multicolinearidade e correlação. Modelos foram elaborados com diferentes algoritmos, passando por validação interna e externa, e utilizados para triagem em banco de alcaloides. Os bancos dos alvos NMDA, NAChR e AChE, contêm 91, 100 e 389 estruturas químicas, respectivamente, para os quais foram calculados 7974 descritores. Para o docking foram utilizadas as estruturas cristalográficas de código 5EWM, 3SQ6 e 4EY7, e os modelos elaborados foram utilizados para avaliar o comportamento dos alcaloides selecionados para os respectivos sítios e as interações realizadas. Para o modelo NMDA, 8 descritores foram selecionados, sendo o melhor resultado o modelo MLP com R2 TESTE=0,654 e Q2=0,533. Para o modelo NAChR, 6 descritores foram utilizados, com o modelo MLP apresentando R2 TESTE=0,861 e Q2=0,672. Por fim, para o modelo AChE, 7 descritores foram selecionados, com o melhor modelo MLP apresentando R2 TESTE= 0,872 e Q2=0,605. Observou-se que em todos os modelos desenvolvidos foram selecionados um ou mais descritores que enfatizavam a importância de compostos nitrogenados para a atividade nos alvos. Essa característica é observada nos ligantes endógenos e fármacos de atuação conhecida neles. Após a validação, os modelos foram utilizados na triagem com o banco de alcaloides, avaliando compostos com maior capacidade de atividade prevista conforme a atuação do alvo na doença. Notou-se que os valores de atividade prevista estavam conforme os valores experimentais de substâncias ativas nos alvos. Além disso, muitas dessas substâncias possuem atividade neuroprotetora relatada, ou pertencem a classes de alcaloides comumente associados a esta atividade. Também foram identificadas substâncias já testadas no alvo, como a boldina selecionada para a AChE. Os resultados da triagem foram submetidos aos modelos de docking foram selecionados aqueles de melhor desempenho e com interações favoráveis com os aminoácidos que compõem o sítio ativo. Esse estudo demonstrou a eficiência do uso de métodos in silico para identificar alcaloides com potencial atividade frente aos alvos abordados. Os compostos identificados representam importantes opções para o desenvolvimento de novas opções terapêuticas para a doença de Alzheimer.
Abstract: Alzheimer's disease is a prevalent and progressive neurodegenerative disease and the leading cause of dementia worldwide. Despite its widespread incidence, available treatments are scarce. Currently, the search for new therapeutic options has focused on the cholinergic and glutamatergic pathways. In silico approaches are essential to identify promising substances, reducing research costs and time. The aim of this study is to identify alkaloids with potential activity through virtual screening using QSAR and docking models. QSAR models were developed from banks of structures tested on these targets. 2D and 3D descriptors were calculated and evaluated for multicollinearity and correlation. Models were developed with different algorithms, undergoing internal and external validation, and used to screen alkaloid banks. The NMDA, NAChR and AChE target banks contain 91, 100 and 389 chemical structures, respectively, for which 7974 descriptors were calculated. The crystallographic structures coded 5EWM, 3SQ6 and 4EY7 were used for docking, and the models developed were used to evaluate the behavior of the alkaloids selected for the respective sites and the interactions carried out. For the NMDA model, 8 descriptors were selected, with the best result being the MLP model with R2TEST=0.654 and Q2=0.533. For the NAChR model, 6 descriptors were used, with the MLP model showing R2TESTE=0.861 and Q2=0.672. Finally, for the AChE model, 7 descriptors were selected, with the best MLP model showing R2TEST=0.872 and Q2=0.605. It was observed that in all the models developed, one or more descriptors were selected that emphasized the importance of nitrogen compounds for target activity. This characteristic is observed in endogenous ligands and drugs known to act on them. After validation, the models were used to screen the alkaloid bank, evaluating compounds with the highest predicted activity according to the target's activity in the disease. It was noted that the predicted activity values were in line with the experimental values of active substances in the targets. In addition, many of these substances have reported neuroprotective activity, or belong to classes of alkaloids commonly associated with this activity. Substances already tested on the target were also identified, such as boldine selected for AChE. The results of the screening were submitted to docking models, and those with the best performance and favorable interactions with the amino acids that make up the active site were selected. This study demonstrated the efficiency of using in silico methods to identify alkaloids with potential activity against the targets addressed. The compounds identified represent important options for the development of new therapeutic options for Alzheimer's disease.
Palavras-chave: Relação quantitativa estrutura-atividade (QSAR)
N-Metil-D-Aspartato (NMDA)
Receptor nicotínico de acetilcolina (NAChRs)
Acetilcolinesterase (AChE)
Alcaloides
Docking
Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR)
Nicotinic acetylcholine receptor
Alkaloids
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Agência de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Idioma: por
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Química
Citação: SANTOS, Yria Jaine Andrade. Uso de métodos in silico para a identificação de alcaloides com atividade em múltiplos alvos no tratamento da doença de Alzheimer. 2025. 99 f. Dissertação (Mestrado em Química) – Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2025.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/22473
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