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AULA 10AULA 10
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OBJETIVOSOBJETIVOS
� Identificação de Novas Moléculas Bioativas
� Integração com o processo de HTS
� Otimização de Moléculas Bioativas� Otimização de Moléculas Bioativas
� Organização de Bases de Dados de Compostos
� Gerenciamento da Informação
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DESENVOLVIMENTODESCOBERTA(Fases Clínicas I – IV)
Triagens clínicas conduzidas em humanos: avaliação da segurança, impacto no estado da doença, doses, estudos comparativos com outros
Pesquisa Básica (Pré-clínica)
� Identificação do alvo molecular
fármacos, acompanhamento após a comercialização
Fase I: de 20 a 100Fase IV
novas oportunidades para a descoberta de fármacos
� Validação do alvo molecularinformação que suporta o Fase I: de 20 a 100
Pacientes saudáveis paratestes de segurança
Estudos após a comercialização
� Atenção para reações ad e sas inespe adas
ç q penvolvimento do alvo com o
estado de doença e demonstra o seu potencial no processo de
descoberta de fármacos
�
Fase II: centenas de pacientesTestes de segurança e
avaliação do impacto do estado de doença
adversas inesperadas
� Monitoramento de pesquisas de
amostragem e testes
� Identificação de moléculas bioativas
identificação de moléculas que apresentam algumas
�Fase III: milhares de pacientes
Testes de segurança, i t d
g
� Coleta de dados, organização da
informação e inspeção
propriedades desejáveis de um fármaco e outras que precisam ser otimizadas
� Descoberta de NCEs �impacto, dosagem, e estudos comparativos � Submissão dos dados
para aprovação
� revisão da informação
� Descoberta de NCEsestratégias em química medicinal, obtenção de
NCEs, candidatas a novos fármacos Solicitação de IND
�
médica a longo prazoSolicitação de IND
Agência Reguladora
Testes pré-clínicos de eficácia e avaliação de efeitos
adversos a curto prazo
Solicitação de NDAAgência Reguladora
Continuação dos testes pré-clínicos paraavaliação de efeitos adversos a longo prazo
Questões Fundamentais
� Selecionar o alvo apropriado
é� Identificar as moléculas certas
• 1 x 1062-63 moléculas:MM < 500: H C N O P S F Cl BrMM < 500: H, C, N, O, P, S, F, Cl, Br
• ~ 2000 NCEs no mercado farmacêutico• ~ 2000 NCEs no mercado farmacêutico
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PROCESSO DE PLANEJAMENTO DE FÁRMACOS1. Identificar Moléculas Potentes
2. Selecionar Moléculas Seletivas
Candidatos
SeletividadePotência
Alvo
Identificar novassubstâncias bioativassubstâncias bioativas
Funil do Processo de Descoberta Moderno
Fármaco
Aprovação do FDA
BIOTECNOLOGIA E QUÍMICA MEDICINAL
Expressão e Purificação de Proteínas
Cristalografia de Raios-X
Determinação estrutural
ALVO BIOLÓGICO
ALVO BIOLÓGICO
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ALVO BIOLÓGICO
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� O termo ensaio virtual (VS) se refere ao processo de análise( ) pcomputacional em larga escala de grandes bases de dados, com oobjetivo de identificar um pequeno subgrupo de compostos que podemser obtidos comercialmente ou por síntese orgânica para a avaliação inser obtidos comercialmente ou por síntese orgânica para a avaliação invitro da atividade biológica
� As bases de dados podem conter milhares ou até milhões de� As bases de dados podem conter milhares, ou até milhões de compostos comercialmente disponíveis ou acessíveis por síntese orgânica
Aspectos Fundamentais
SBVS é uma estratégia que envolve a LBVS é uma estratégia que envolve aSBVS é uma estratégia que envolve aanálise de grandes bases de dadosvirtuais de compostos através demétodos computacionais com o
LBVS é uma estratégia que envolve aanálise de grandes bases de dadosvirtuais de compostos através demétodos computacionais com o objetivométodos computacionais com o
objetivo de estimar a afinidade deligação de moléculas no sítioativo da proteína alvo.
p jde identificar compostos bioativosestruturalmente similares.
SBVSSBVS(Structure-Based Virtual Screening)
LBVSLBVS(Ligand-Based Virtual Screening)
p
g g
P
O
HOOH
OH
OH
P
O
HO OH
HOO
Seleção do alvo molecularSeleção do alvo molecular Seleção do esqueleto molecularSeleção do esqueleto molecular
Base de dados paraBase de dados paraBase de dados para Base de dados para triagem virtualtriagem virtual
ADME/ToxDrug-likeLead-like
Identificação de compostos comIdentificação de compostos comIdentificação de compostos com Identificação de compostos com propriedades requeridaspropriedades requeridas
Docagem Docagem molecularmolecular
Busca por similaridade, farmacóforos, etcBusca por similaridade, farmacóforos, etc
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Avaliação da Avaliação da atividade biológicaatividade biológica
Compostos líderesCompostos líderes
ENSAIO VIRTUALENSAIO VIRTUAL
Hits
AlvoBiológico
Hits virtuais
Coleções de Compostos
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� O SBVS, também denominado ensaio virtual em larga escala (do , g (inglês, Virtual High Throughput Screening, VHTS), é usado na triagem biológica in silico de milhares de ligantes com diversidade química imensa contra virtualmente qualquer alvo cuja estruturaimensa contra virtualmente qualquer alvo cuja estrutura tridimensional (3D) seja definida
� A técnica de SBVS é muito útil nas fases iniciais de pesquisa básica� A técnica de SBVS é muito útil nas fases iniciais de pesquisa básica (pré-clinica) do processo de descoberta de novos fármacos, na identificaçãode novas moléculas bioativas
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� Nos estudos das interações intermoleculares entre ligante e alvo biológico, são utilizados programas de VS que realizam o acoplamento (do inglês, pose) do ligante no sítio ativo da macromolécula, sendo esse processo denominado docagem molecular (do inglês, docking).
� Os algoritmos de docagem são complementados por funções de pontuação (do inglês, scoring functions) capazes de predizer a atividade biológica de uma série de ligantes
� Como resultado desse processo, uma coleção privilegiada de p , ç p gmoléculas pode ser selecionada para os ensaios biológicos in
vitro, levando a uma redução significativa do espaço químico-biológico dos ligantes em comparação à base de dados originalbiológico dos ligantes em comparação à base de dados original
AmostragemAmostragemPontuaçãoPontuaçãoClassificaçãoClassificação ComplementaridadeComplementaridade
11°° 22°°Estéreo
66°° Química55°°
33°° 44°°
sítio de ligação
ligante
sítio de ligação
Docagem (acoplamento, “pose”)� referente a mesma molécula� referente a mesma molécula
C1 possui uma orientação melhor que C2Funções de pontuação (afinidade de ligação)� referente a moléculas diferentes
A possui melhor interação com R que C1 Classificação (“ranking”)
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p ç q 1C1 é melhor do que B
Classificação ( ranking )� referente ao conjunto de moléculasOrdem referente a afinidade de ligação
• O processo de docagem molecular pode ser dividido em p g pduas etapas fundamentais– determinação do modo de ligação– predição da afinidade do ligante pelo sítio de interação
predição da afinidadepredição da afinidade
modo de ligação
Definir o Espaço Químico-Biológico ApropriadoDefinir o Espaço Químico-Biológico ApropriadoO desafio de balancear qualidade e quantidade
o
MoléculaBioativa
ioló
gic
op
aço
bi
Esp
Espaço químico
Integração de métodos computacionais e experimentaisIntegração de métodos computacionais e experimentais
métodosmétodos computacionais
Teste Biológicométodos experimentais
Id tifi ã d M lé l Bi tiIdentificação de Moléculas Bioativas
(i) predizer o modo de ligação das moléculas corretamente, sendo que o acoplamento se refere à orientação e conformação das moléculas no íti ti d tsítio ativo do receptor
(ii) predizer a afinidade relativa de ligação, proporcionando uma classificação ordenada das moléculas candidatas selecionadas da base de dados
(i) Desenvolvimento de um ensaio biológico padrão
(ii) Organização criteriosa de bases de dados de compostos
(iii) A estimativa correta das interações de ligação é fundamental e passa pela capacidade de diferenciar os acoplamentos corretos dos incorretos, e consequentemente, selecionar os ligantes bioativos
(i ) V lid ã(iv) Validação externa
(v) Os compostos priorizados através do VS deverão ser disponíveis fisicamente t i bi ló i i it tid d fi i t l dpara a triagem biológica in vitro, em quantidades suficientes e pureza elevada
� O preparo da estrutura tridimensional do alvo macromolecular éessencial para que o ensaio virtual baseado na estrutura do receptorpossa ser bem sucedido
http://www rcsb org/pdbhttp://www.rcsb.org/pdb
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� O preparo do sítio ativo da estrutura do alvo envolve normalmente as seguintes etapas:
(i) escolha da estrutura cristalográfica de maior resolução, de preferência em complexo com algum ligante bioativocomplexo com algum ligante bioativo
(ii) remoção do ligante do sítio ativo
(iii) avaliação das moléculas de água da estrutura
(iv) adição de átomos de hidrogênio( ) ç g
(v) verificação do estado de protonação e determinação dos tautômeros corretos de alguns resíduos de aminoácidos presentes no sítio ativo da proteína-alvo
35(vi) definição do sítio ativo para o acoplamento dos ligantes
Depois de finalizada as etapas de organização da base de dados e preparoDepois de finalizada as etapas de organização da base de dados e preparoda estrutura do alvo, o VS evolui para o processo de docagem dasmoléculas da base de dados
Algoritmos de docagem têm como finalidade acoplar moléculas pequenasno sítio ativo do alvo molecular
O processo consiste de uma amostragem das coordenadas espaciais dosítio de ligação com o concomitante uso da função de contagem para cadasítio de ligação com o concomitante uso da função de contagem para cadaacoplamento, gerando uma classificação do modo de ligação de cadacomposto
Enquanto que o acoplamento dos ligantes ao alvo refere-se a docagem, a ti ti d fi id d d li ã é h d d t ãestimativa da afinidade de ligação é chamada de pontuação, que por sua
vez, sendo organizada de forma ordenada, dá origem à chamada classificação
Todas as moléculas da base de dados devem ser classificadas a partir do processo de docagem, gerando uma ordem comparativa relativap g , g p
Os programas de docagem são capazes de realizar as duas tarefas, docagem e pontuaçãodocagem e pontuação
A distinção entre as mesmas define os dois principais desafios dos programas de docagem que são:programas de docagem que são:
(i) di f t d l t d lé l j(i) predizer a forma correta de acoplamento de uma molécula, ou seja, a sua orientação e conformação no sítio de ligação do receptor
(ii) predizer a afinidade de ligação dos complexos proteína-ligante, produzindo uma classificação hierárquica dos compostos da base de compostos.compostos.
Ensaio Virtual
Moléculas Bioativas
M lé lMoléculasBioativas
Coleções de compostos Ensaio Biológico
Integração de Métodos Computacionais e Experimentais