Otimização de parâmetros de alinhamento e de cargas atômicas parciais em análises CoMFA aplicadas em séries de NNRTI estruturalmente diversos


Odonírio Abrahão Júnior (PG)1, Antonia Tavares do Amaral (PQ)2,

Hamilton Mitsugu Ishiki (PG)3 e Sérgio Emanuel Galembeck (PQ)1


1Departamento de Química da Faculdade de Filosofia Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP. 2 Departamento de Química Fundamental, Instituto de Química da USP. 3 Departamento de Ciências Químicas e Biológicas da Faculdade de Farmácia e Bioquímica - Universidade do Oeste Paulista.


Palavras chave: CoMFA, parâmetros de alinhamento, inibidores do HIV-1.


Estudos em três dimensões da relação quantitativa entre estrutura química e atividade biológica (3D-QSAR)1, realizados com a metodologia de Análise Comparativa entre Campos Moleculares (CoMFA)2; correlacionam a resposta biológica associada às interações molécula bioativa-receptor com a estrutura da molécula descrita e representada tanto por seus campos estéricos, eletrostáticos e outros campos tridimensionais, bem como por suas propriedades. Para isto, séries de compostos são selecionadas de acordo com suas atividades biológicas e modos de ação. As coordenadas tridimensionais destas moléculas são utilizadas nos cálculos de suas propriedades estruturais e eletrônicas, de acordo com métodos computacionais de vários níveis de sofisticação. Logo, estas moléculas são sobrepostas em suas supostas conformações bioativas, obtendo-se um padrão único de alinhamento3. A seguir, um retículo tridimensional é definido sobre as moléculas sobrepostas, de forma a estabelecer uma caixa regular de vários Angstrons além do volume total das estruturas sobrepostas, que por sua vez, possibilita o cálculo dos vários campos moleculares em cada ponto da grade tridimensional de espaçamento predefinido.

Recentemente tem sido possível o estudo de similaridades por campos moleculares de inibidores biológicos com estruturas totalmente distintas, uma vez que as conformações bioativas podem ser alinhadas de acordo com os campos moleculares utilizados no estudo CoMFA2, independentemente da sobreposição ser átomo a átomo ou por hipótese de farmacóforo. Nestes casos, alguns parâmetros de alinhamento e as cargas atômicas parciais utilizadas, influenciam diretamente a validade estatística do modelo proposto, bem com a análise dos campos moleculares gerados, tornando-se necessário um estudo sistemático criterioso 4.

Neste trabalho, procuramos otimizar conjuntos de cargas atômicas parciais e parâmetros de alinhamento SEAL (Steric and Electrostatic Allignement)5 para um estudo CoMFA de seis classes de moléculas distintas que inibem a enzima transcriptase reversa (RT) do vírus da imunodeficiência humana do tipo 1 (HIV-1), especificamente os inibidores não nucleosídeos da transcriptase reversa do HIV-1 (NNRTI)6. Estes compostos são assim chamados, a princípio porque se diferenciam dos primeiros inibidores (análogos de nucleosídeos, ex. AZT) pesquisados contra esta enzima do HIV-1, além de atuarem da mesma forma, ou seja, são inibidores alostéricos e não competitivos, não possuindo efeito sobre esta enzima do HIV-2. Os quarenta e nove NNRTI selecionados da literatura para a realização deste estudo CoMFA pertencem às classes das tetrahidroimidazolbenzodiazepinonas (TIBOs), hidroxi-etoxi-metil-fenil-tio-timinas (HEPT), dipirido-diazepinonas (nevirapina), piridinonas, derivados da a anilino-fenil-acetamida (a APA) e diidro-alquil-benziloxo-pirimidinas (DABO)6.

As geometrias dos compostos foram otimizadas pelo método semi-empírico AM1 através do programa MOPAC 6.0, onde as cargas atômicas parcias também foram obtidas. Os campos estéricos e eletrostáticos foram gerados para cada composto de acordo com as rotinas implementadas na metodologia CoMFA, do pacote de programas Sybyl 6.5.,Tripos Inc. Para isto, um átomo de prova, carbono sp3 com carga +1, foi posicionado em todas as intersecções de um cubo com espaçamentos de grade de 1,0, 1,5 e 2,0 Å. Energias estéricas foram calculadas por funções de Lennard-Jones 6-12 e as energias eletrostáticas com o potencial coulômbico. Adotaram-se energias de corte de 30kcal/mol para ambas as contribuições. Em seguida as análises de regressão das energias dos campos CoMFA foram realizadas através do algoritmo dos mínimos quadrados parciais (PLS).

Os resultados obtidos demonstram que as cargas atômicas parciais derivadas do potencial eletrostático molecular quântico (Cargas ESP/AM1)7,8 fornecem resultados de validação estatística de análises CoMFA semelhantes aos provenientes de cargas semi-empíricas AM1 convencionais (ZDO/AM1)7, sendo que ambas superam as cargas empíricas Gasteiger-Huckel9. Apesar disto, as cargas ESP/AM1 aprimoram os resultados dos modelos propostos, pois garantem mapas de contorno de campos moleculares melhores definidos que os demais conjuntos de cargas. Além disto, cargas derivadas do potencial eletrostático são mais bem fundamentadas, o que deve aumentar a credibilidade dos modelos CoMFA propostos, em relação ao conjunto de cargas parciais utilizadas.

Para a série estudada, as contribuições de cada campo molecular para o alinhamento, parece não influenciar tanto os resultados quanto o fator de atenuação a usado. Este fator determina o nível de detalhes considerados nas sobreposições e deve ser calibrado, visando a melhoria dos modelos CoMFA propostos.

  1. Kubinyi, H. In 3D QDAR in Drug Design: Theory, Methods and Applications, ESCOM: Leiden, 1993.

  2. Cramer, R. D. III et al. J. Am. Chem. Soc. 1988, 110, 5959.

  3. Pires J.R. et al. Molecular Modelling and Prediction of Bioactivity, Ed. K. Gundertofte and F.S. Jorgensen (aceito para publicação).

  4. Ishiki, H. M., Dissertação de Mestrado, 25/11/1999, FFCLRP-USP.

  5. Kearsley, S. K.; Smith, G. M. Tetrahedron Comput. Methodol. 1990, 3, 615.

  6. De Clercq , E. Farmaco, 1999, 54, 26.

  7. Dewar, M. J. S. et al. J. Am. Chem. Soc. 1985, 107, 3902.

  8. Singh, U. C.; Kollman, P.A. J.Comp. Chem. 1984, 5, 129.

  9. Gasteiger, J.; Marsili, M. Tetrahedron 1980, 36, 3219.


FAPESP, CNPq, DFG/DAAD e LCCA-USP.