Modelagem molecular de ligantes de receptores nicotínicos de acetilcolina do subtipo α7 para a doença de Alzheimer

Abstract

Visando a obtenção de compostos inéditos com atividade agonista em receptores nicotínicos de acetilcolina do subtipo α7 (nAChRs α7) para o tratamento da doença de Alzheimer, este trabalho foi iniciado a partir da estrutura cristalográfica do receptor α7 co-cristalizado com a lobelina, seguido de posterior validação do modelo in silico por redocagem e com ligantes da literatura com atividades in vitro conhecidas. Os ligantes foram construídos considerando o estado de protonação em pH fisiológico utilizando o programa Discovery Studio Visualizer e otimizados através do método semiempírico PM7 com o programa MOPAC 2016. A validação por redocagem do modelo do nAChR α7 foi baseada na análise de diferentes funções de pontuação (ChemPLP, ChemScore, GoldScore e ASP) para avaliar a orientação espacial dos ligantes (RMSD) e as interações ligante-receptor relevantes. Discovery Studio foi utilizado para analisar as interações previstas, as quais foram obtidas no programa GOLD e visualizadas no programa PyMol. De todas as funções de pontuação analisadas, a ASP forneceu os melhores resultados, apresentando pequenas variações de pontuação entre a pose com menor RMSD e a pose com melhor pontuação. Além disso, o modelo in silico foi capaz de prever corretamente as interações-chave entre os resíduos de aminoácidos com os quais a lobelina interage e das moléculas da literatura. Dessa forma, essa metodologia foi utilizada na triagem virtual dos 28 compostos planejados como ligantes do nAChR α7, em combinação com os resultados de ancoragem molecular dos compostos bioativos da literatura. Paralelamente, iniciaram-se estudos de dinâmica molecular com o intuito de otimizar a qualidade da estrutura 5AFN, que possui resolução de 2,15 Å. Os dados de pontuação e RMSD obtidos através da redocagem da lobelina foram maiores nos estudos com dinâmica molecular. Não foi possível observar similaridades estruturais entre as orientações espaciais dos ligantes com a lobelina. Um dos resíduo-chave do sítio ativo da lobelina, C186, está localizado em regiões não-permitidas (gráfico de Ramachandran). Ademais, a presença de solvente nos estudos com DM desnaturou a proteína. Logo, os estudos sem DM foram mais eficazes.

Aiming to achieve novel compounds with agonist activity at 7 nicotinic acetylcholine receptors (7 nAChRs) for the treatment of Alzheimer's disease, this work has started by using the crystallographic structure of 7 receptor co-crystallized with lobeline followed by validation of the in silico model with ligands from the literature with known in vitro activities. The ligands were constructed considering the protonation state at physiological pH using the Discovery Studio software and using the PM7 semiempiric method with MOPAC 2016. The validation for the nAChRα7 model was based on the analysis of several scoring functions (ChemPLP, ChemScore ,GoldScore and ASP) for a spatial orientation of ligands (RMSD) and as relevant ligand-receptor interactions. Discovery Studio was used to analyze the expected interactions, performed in the GOLD software and viewed in the PyMol software. Of all the analyzed scoring functions, the ASP provided the best results, presenting small variations between the pose with lower RMSD and the pose with the best score. In addition, the in silico model was able to correctly predict the interactions between the amino acid residues with which lobelin interacts and the molecules of the literature. Thus, this methodology was applied in the virtual screening of the 28 nAChRα7 ligands, in combination with the molecular docking results of the bioactive compounds in the literature. In parallel, molecular dynamics studies were applied in order to optimize the 5AFN quality structure, which has 2.15 Å resolution. The scoring and RMSD data obtained for the lobelin protein-ligand interactions were higher in molecular dynamics studies. It was not possible to observe structural similarities between the spatial orientations of ligands with lobelin. One of the key residues of the active lobelin site, C186, is located in non-permissible regions (Ramachandran chart). In addition, the presence of solvent in the DM studies denatured the protein. Therefore, studies without DM were more effective.