Este documento discute a modelagem molecular e quimiométrica de derivados da deoxoartemisinina com substituintes na posição C-10 para o tratamento da malária. Resume os objetivos, metodologia e alguns resultados, incluindo a otimização geométrica da artemisinina, mapas de potencial eletrostático molecular, docking molecular com o heme, e análises multivariadas para prever compostos promissores.

1. MODELAGEM MOLECULAR E QUIMIOMÉTRICA DE DEOXOARTEMISININA COM SUBSTITUINTES NA POSIÇÃO C-10 Maria da Glória Gomes Cristino Orientador: Prof. Dr.José Ciríaco Pinheiro BELÉM-2010 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E NATURAIS FACULDADE DE QUÍMICA COLÉGIADO DO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM QUÍMICA

2. INTRODUÇÃO A Malária é uma doença infecciosa que se encontra disseminada em várias partes do mundo em função da adaptação dos agentes transmissores a diferentes ambientes. É causada pelo parasita Plasmodium e transmitida pela picada da fêmea do mosquito Anopheles . Figura 1. Mosquito do gênero Anopheles

4. *maior incidência dos casos foi verificada na África Figura 1: Distribuição da malária no mundo

7. Malária no Brasil Figura 2. Classificação das áreas endêmicas segundo OPAS para os anos 2000 e 2008. Ano 2008 Ano 2000

8. Fármacos usados no tratamento da malária

13. a Os átomos são numerados de acordo com o composto 1 da Figura 1. bJ. C. Pinheiro, R. Kiralj, M. M. C. Ferreira, O. A. S. Romero, Artemisinin Derivatives with Antimalarial Activity against Plasmodium falciparum Designed with the AID of Quantum Chemical and Partial Squares METHODS, QSAR & Cpmb. Sci. 22,830(2003). cM. M. C. Ferreira, Multivariate QSAR, J. Braz. Chem. Soc. 13, 6(2002). Tabela1 . Comparação entre os parâmetros geométricos calculados e experimentais do anel endoperóxido 3. OTIMIZAÇÃO DAS GEOMETRIAS DA ARTEMISININA METODOLOGIA Parâmetros a B3LYP/6-31G* b Experimental c Comprimento de ligação(Å) O1-O2 1.525 1.474(4) O2-C3 1.453 1.418(4) C3-O13 1.473 1.451(4) O13-C12 1.426 1.388(4) C12-C12a 1.539 1.528(5) C12a-O1 1.499 1.450(4) Ângulo de ligação (grau) O1-O2-C3 107.30 107.7(2) O2-C3-O3 107.74 107.1(2) C3-O13-C12 114.99 113.6(3) O13-C12-C12a 113.65 114.7(2) C12-C12a-O1 111.75 111.1(2) C12a-O1-O2 111.41 111.5(2) Ângulo de torção (grau) O1-O2-C3-O13 -73.47 -75.5(3) O2-C3-O13-C12 34.97 36.3(4) C3-O13-C12-C12a 26.27 24.7(4) O13-C12-C12a-O1 -51.20 -50.8(4) C12-C12a-O1-O2 12.75 12.2(3) C12a-O1-O2-C3 46.90 47.7(3)

15. Resultados e Discussões

16. MAPAS DE MEP CONJUNTO TREINAMENTO Fig. 2. Mapa de Potencial Eletrostático Molecular (MEP) da artemisinina e derivados. As regiões em vermelho são de potencial negativo e as regiões em azul são de potencial positivo.

19. “ DOCKING MOLECULAR ” Figura 3. Estrutura bidimensional (a) e tridimensional do Heme (b)

20. 10 Figura 4 . Configurações de Docking entre Heme e os 19 derivados artemisininicos do conjunto treinamento. 1 4 3 2 7 6 5 8 9 11 12 13 14 15 16 17 19 18

23. Tabela 2 Valores dos quatros descritores (propriedades) selecionados na classificação da artemisinina e 18 de seus derivados contra Plasmodium falciparum do tipo D-6 e a matriz de correlação entre eles. ANÁLISE DE COMPONENTES PRINCIPAIS (PCA ) Compound LUMO energy Kcal.mol -1 DFeO 1 (Å) X1A Mor15u RA a Activity b 1- 1.88 2.652 0.411 -0.374 1.0 LA 2- 8.79 2.553 0. 416 -0.231 0.16 LA 3- 14.4 2.390 0.420 -0.231 0.91 LA 4- 7.53 2.536 0.418 -0.153 0.77 LA 5+ 14.4 2.602 0.412 -0.543 1.6 MA 6+ 8.16 2.460 0.412 -0.592 3.5 MA 7+ 9.41 2.423 0.411 -0.472 2.6 MA 8+ 5.02 2.397 0.414 -0.884 1.5 MA 9+ 15.1 2.398 0.418 -0.318 1.7 MA 10+ 8.79 2.440 0.422 -0.847 2.2 MA 11+ 12.5 2.556 0.422 -0.847 5.8 MA 12+ 8.79 2.359 0.420 -0.823 2.2 MA 13+ 14.4 2.501 0.422 -0.626 1.4 MA 14+ 8.16 2.579 0.416 -0.511 1.6 MA 15+ 11.9 2.335 0.416 -0.511 6.8 MA 16+ 10.0 2.581 0.420 -0.815 1.8 MA 17+ 10.0 2.529 0.422 -0.847 1.1 MA 18+ 11.3 2.526 0.416 -0.526 3.1 MA 19+ 9.41 2.410 0.416 -0.546 2.5 MA DeFeO1 -0.231 X1A 0.079 0.086 Mor15u 0.412 -0.124 -0.349

25. PCA Scores : dá informações sobre os compostos Loadings : mostram informações sobre as propriedades

26. " SCORES” Figura 5. Gráfico dos “scores” dos compostos Mais ativos (MA) e Menos Ativos (LA) do conjunto treinamento.

27. PC1 = 49,66% PC2 = 28,83% PC3 =16,01% As 3 CPs elas explicam 97,58% da informação total em relação aos descritores

28. Tabela 3. Valores das três (03) primeiras. componentes principais do conjunto treinamento PC1: 0,410 [Energia do Lumo] – 0,290 [DFeO1 ] + 0,665 [X1A] – 0,648 [Mor15u ]

29. “ LOADINGS” Figura 6. Gráfico dos “loadings” das propriedades que separaram os derivados artesiminicos em Mais ativos (MA) e Menos ativos (LA) do conjunto treinamento.

30. Figura 9. Orbitais LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital) para o conjunto treinamento. 1 5 2 3 4 7 6 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 19 18

31. ANÁLISE HIERÁRQUICA DE CLUSTER (HCA ) Figura 7. Dendograma dos compostos mais ativos (MA) e menos ativos (LA) do conjunto treinamento Agrupa os compostos baseados em suas similaridades A B C D E Similaridade

32. MÉTODO DO K-ÉSIMO VIZINHO MAIS PRÓXIMO (KNN) Tabela 4. Valores obtidos pelo método KNN para o conjunto treinamento Classifica os objetos na comparação da distância entre os compostos ( uma amostra Teste em relação a outras do conjunto)

33. MÉTODO SIMCA ( Modelagem Independente Flexível por Analogia de Classes) Tabela 5. Classificação obtida usando método SIMCA Figura 5. Gráfico tridimensional pelo método SIMCA para os compostos do conjunto treinamento Constroi modelos de PCS para cada classe do conjunto treinamento Categoria Número de compostos Classificação SIMCA Ativo 15 15 Inativo 4 4 Total 19 19 % Informação correta 100 100

34. ANÁLISE DISCRIMANTE POR ETAPAS (SDA) Tabela 6. Matriz de classificação dos compostos para o conjunto treinamento Tabela7 .Matriz de Validação cruzada para os 19 compostos do conjunto treinamento Gropo MA: 1,09[energia do LUMO]-0,289[DFeO1]-0,914[X1A]-1,92[Mor15u]-0,419 Gropo LA: -4,07[energia do LUMO]+1,07[DFeO1]+3,43[X1A]7,20[Mor15u]-5,90 Grupo verdadeiro Classificação do grupo Ativo (Grupo MA) Inativo (Grupo LA) Ativo( MA) 15 0 Inativo (LA) 0 4 Total Percentagem 15 100% 4 100% Grupo verdadeiro Classificação do grupo Ativo (Grupo MA) Inativo (Grupo LA) Ativo( MA) 14 1 Inativo (LA) 1 3 Total 15 4 Porcentagem 93% 75%

35. CONJUNTO TESTE Figura 10. Estrutura dos compostos para predição do conjunto teste. 20 21 22 23 24 25 26 27

36. Tabela 8. Valores das propriedade obtidas para o conjunto teste . Compostos/proprie dades LUMO (kcal.mol -1 ) D(Fe-O 1 ) X1A Mor15u 20 12.0 2.453 0.621 4.040 21 9.41 2.429 5.259 27.13 22 10.0 2.309 6.626 -7.466 23 4.02 2.417 0.113 2.150 24 11.9 2.480 4.750 29.69 25 30.8 2.454 4.685 0.530 26 7.53 2.494 4.928 0.841 27 10.0 2.408 4.820 -6.400

37. Tabela 9. Predição obtida para o conjunto teste a partir da análise multivariada compostos PCA HCA KNN SIMCA SDA 20 LA MA MA MA MA 21 MA MA MA MA MA 22 MA MA MA MA MA 23 LA MA LA MA MA 24 MA MA MA MA LA 25 MA MA MA MA MA 26 MA MA MA MA MA 27 MA MA MA MA MA

38. Figura 11. Figuras do Docking (c), LUMO (b) e MEP(a) para dois compostos preditos como ativos no conjunto Teste . 22 27 (a) 22 27 (b) 22 27 (c)

42. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARIËNS, E. J.; Simonis, A. –M.; Top. Curr. Chem. 1974 , 52 , 1. BALINT, G. A. Artemisinin and its derivatives. An important newclass of antimalarial agents. Pharmacol. Therapeut. , v. 90, p. 261-265, 2001. BARREIRO, E. J.; Fraga, C. A. M.; Química Medicinal ; Editora Artmed: Porto Alegre, 2001. CAMARGO, E. P. Malária, Maleita, Paludismo. Ciência e Cultura ,v. 55, n. 1, p. 26-30, 2003. CAMARGO,A.J.; Estudo Químico-Quântico ab initio e Semi Empírico deCompostos Inorgânicos e orgânicos com possíveis aplicações tecnológicas. São Carlos. Tese ( Doutorado )- Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, 221p, 2001.

43. OBRIGADA