doctoralThesis
Modelos experimentais que simulam a digestão proteolítica humana e prospecção in sílico de peptídeos derivados do inibidor de tripsina purificado de sementes de tamarindo com potencial anti-SARS-CoV-2
Experimental models that simulate human proteolytic digestion and in silico prospecting of peptides derived from purified trypsin inhibitor from tamarind seeds with anti-SARS-CoV-2 potential
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LUZ, Anna Beatriz Santana. Modelos experimentais que simulam a digestão proteolítica humana e prospecção in sílico de peptídeos derivados do inibidor de tripsina purificado de sementes de tamarindo com potencial anti-SARS-CoV-2. Orientador: Ana Heloneida de Araújo Morais. 2023. 97f. Tese (Doutorado em Bioquímica e Biologia Molecular) - Centro de Biociências, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.
Author
Luz, Anna Beatriz Santana
Institutions
Abstract
The coronavirus disease (COVID-19) pandemic, caused by SARS-CoV-2, is a serious threat to
healthcare systems worldwide. In this context, several studies have been developed with protease
inhibitors and their derivatives to investigate their bioactive effects, such as antiviral, antiinflammatory, and satietogenic functions, among others. Thus, whereas proteins are sources of
biological products that can be used for the control and treatment of various human diseases,
such as COVID-19, we investigated experimental models that mimic human digestion and
prospected peptides from trypsin inhibitor purified from tamarind (TTIp) seeds. The first two
chapters of this study are referring to a systematic review (SR), and are organized as follows: the
first chapter presents the SR protocol registered in the International Prospective Register of
Systematic Reviews (under number CRD42020198709); and the second chapter is the SR of in
vitro studies that used methodological procedures to mimic the gastrointestinal digestion of
proteins. For SR, articles were selected according to the study population, interventions, control,
results and type of study strategy. The searches were carried out in Pubmed, Web of Science,
Science direct, Embase, Virtual Health Library and Scopus databases. The methodological
quality assessment was performed using the Office of Health Assessment and Translation tool. A
total of 1.986 articles were selected, resulting in 20 eligible studies. In the results section, we
describe the methodological procedures used in vitro to simulate the digestion of animal or
vegetable proteins. The third chapter refers to an in silico prospecting study of native peptides
and analogues with anti-SARS-Cov-2 potential, derived from TTIp. Native peptides were
obtained from enzymatic cleavages of TTIp in silico and analogues were generated by replacing
amino acids in the primary sequences of native peptides. The anti-SARS-CoV-2 potential was
investigated by simulating molecular dynamics between the peptides and the binding sites of
transmembrane serine protease 2 (TMPRSS2), necessary for the entry of SARS-CoV-2 into the
host cell, and generated a patent application: BR 10 2022 020330 0. The best interaction
potential energy occurred between TMPRSS2 and one of the native peptides obtained by
cleavage with trypsin (IPE=-287.48 kJ.mol-1. SD=199,67) and its analogue peptide (IPE=-293.49
kJ.mol-1. SD=171,95). Thus, both peptides had many hydrophobic residues, a common physicalchemical property among peptides that inhibit the entry of enveloped viruses, such as SARSCov-2, present in drugs used to treat of diseases related to these viruses. Therefore, this research
presents an expressive scientific contribution, since the SR grouped important data that will
provide subsidies for development of studies in vitro, in vivo and in sílico related to the clinical
application of bioactive peptides. Therefore, being a guideline for carrying out the theoretical
cleavage of TTIp 56/287, that triggered potential candidates for agents that inhibit SARS-CoV-2
infection, from the interaction with TMPRSS2, encouraging future in vitro and in vivo
investigations that aim to use the peptides prospected here as specific medicines for the treatment
of COVID-19 and other diseases, in order to assist the scientific community in promoting health
and in the development of similar studies with other plant sources. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES A pandemia da doença coronavírus (COVID-19), causada pelo SARS-CoV-2, é uma séria
ameaça aos sistemas de saúde em todo o mundo. Nesse contexto, diversos estudos têm sido
desenvolvidos com inibidores de proteases e seus derivados para investigação de efeitos
bioativos, como função antiviral, antinflamatória, sacietogênica, dentre outras. Desse modo,
considerando que as proteínas são fontes de produtos biológicos que podem ser empregados para
o controle e tratamento de diversas doenças humanas, como a COVID-19, buscou-se investigar
modelos experimentais que mimetizam a digestão humana e prospectar peptídeos provenientes
do inibidor de tripsina purificado de sementes de tamarindo (ITTp). Os dois primeiros capítulos
desse estudo são referentes a uma revisão sistemática (RS), e estão organizados da seguinte
forma: o primeiro apresenta o protocolo de RS com registro no International Prospective
Register of Systematic Reviews (sob o número CRD42020198709); e o segundo, a RS, que
reuniu estudos in vitro, nos quais contaram com a utilizaração de procedimentos metodológicos
capazes de mimetizar a digestão gastrointestinal de proteínas. Para a RS, os artigos foram
selecionados de acordo com a estratégia: população do estudo, intervenções, controle, resultados
e tipo de estudo. As buscas foram realizadas nas bases de dados Pubmed, Web of Science,
Science direct, Embase, Biblioteca Virtual em Saúde e Scopus. A avaliação da qualidade
metodológica foi executada por meio da ferramenta Office of Health Assessment and
Translation. Foram selecionados 1.986 artigos, resultando em 20 estudos elegíveis. Os resultados
procuraram descrever os procedimentos metodológicos empregados in vitro para simular a
digestão de proteínas animais ou vegetais. O terceiro capítulo refere-se a um estudo in sílico de
prospecção de peptídeos nativos e análogos com potencial anti-SARS-CoV-2, derivados do
ITTp. Os peptídeos nativos foram obtidos a partir de clivagens enzimáticas do ITTp in sílico e os
análogos foram gerados por meio da substituição de aminoácidos nas sequências primárias dos
peptídeos nativos. O potencial anti-SARS-CoV-2 foi investigado por meio da simulação por
dinâmica molecular entre os peptídeos e a serino protease transmembranar 2 (TMPRSS2),
necessária para a entrada do SARS-CoV-2 na célula do hospedeiro, gerando o pedido de patente:
BR 10 2022 020330 0. A melhor energia potencial de interação ocorreu entre a TMPRSS2 e um
dos peptídeos nativos obtido pela clivagem com a tripsina (EPI = -287.48 kJ.mol-1
. DP=199,67)
e seu peptídeo análogo (EPI = -293.49 kJ.mol-1
. DP=171,95). Assim, ambos os peptídeos
apresentaram muitos resíduos hidrofóbicos, propriedade físico-química comum entre os
peptídeos que inibem a entrada de vírus envelopados, como o SARS-CoV-2, presentes em
medicamentos para o tratamento de doenças relacionadas a esses vírus. Diante disso, essa
pesquisa apresenta uma expressiva contribuição científica, visto que a RS agrupou dados
importantes que propiciarão subsídios para o desenvolvimento de estudos in vitro, in vivo e in
sílico relacionados à aplicação clínica de peptídeos bioativos. Sendo, portanto, norteadora para a
realização da clivagem teórica do ITTp 56/287, que desencadeou potenciais candidatos a agentes
inibidores da infecção por SARS-CoV-2, a partir da interação com a TMPRSS2, encorajando
futuras investigações in vitro e in vivo para que os peptídeos aqui prospectados sejam utilizados
como medicamentos específicos no tratamento da COVID-19 e de outras enfermidades, a fim de
auxiliar a comunidade científica na promoção da saúde e no desenvolvimento de estudos
similares com outras fontes vegetais.