Búsqueda asistida por computadora de nuevos fármacos antichagásicos análogos de poliaminas

La Enfermedad de Chagas es una parasitosis endémica de América Latina causada por el protozoario Trypanosoma cruzi (T. cruzi). La principal vía de transmisión de este parásito en zonas endémicas se produce a través de las heces del insecto vector, aunque existen otras vías de transmisión cuyo impacto puede ser muy alto en países no endémicos. Alrededor del 30% de las personas infectadas presentarán daños cardíacos y/o digestivos que podrían llevar a la muerte. Se estima que existen al menos 6 millones de personas infectadas con T. cruzi en los 21 países de América Latina. Actualmente, existen sólo dos fármacos aprobados para el tratamiento de la enfermedad, Nifurtimox y Benznidazol, los cuales han demostrado una eficiencia inadecuada en adultos en fase crónica y además presentan efectos adversos importantes. Considerando que varias de las enzimas del metabolismo de poliaminas de T. cruzi, e incluso la permeasa de putrescina TcPAT1.2, han sido validadas experimentalmente como blancos moleculares del parásito, en este trabajo de tesis se ha empleado una estrategia computacional para la búsqueda de fármacos que afecten el metabolismo y/o transporte de poliaminas en T. cruzi y que presenten actividad tripanocida. Se han realizado dos campañas de cribado virtual (CV). Durante la primera campaña de CV se han generado, a partir de los ligandos, modelos clasificatorios capaces de discriminar entre análogos de poliaminas con y sin actividad inhibitoria sobre el parásito. La aplicación de una combinación de modelos sobre las bases de datos DrugBank y Sweetlead reveló 45 fármacos que podrían poseer la actividad deseada. 5 de los candidatos fueron adquiridos para su evaluación en ensayos in vitro donde se demostró que 3 de ellos producen una disminución en la incorporación de putrescina y presentan efecto tripanocida. Finalmente, estos 3 candidatos fueron ensayados en un modelo murino de infección aguda y se demostró que uno de ellos, el triclabendazol, es capaz de reducir la parasitemia de los ratones infectados con T. cruzi. La realización de la segunda campaña de CV involucró una metodología combinada de métodos basados en el ligando y en el blanco molecular. La mejor combinación de modelos se aplicó al CV de las bases de datos DrugBank 4.0 y Sweetlead donde se identificaron 24 compuestos químicos con posible actividad tripanocida. Estos candidatos fueron sometidos al docking molecular utilizando un modelo por homología del transportador de Putrescina TcPAT12. 17 de estos compuestos presentaron buenos resultados en el docking y 4 de ellos fueron seleccionados para su evaluación in vitro. Los 4 compuestos demostraron poseer actividad tripanocida mientras que sólo dos de ellos presentaron el efecto esperado sobre la incorporación de putrescina. Los resultados obtenidos demuestran la utilidad de las metodologías computacionales en la búsqueda de nuevas aplicaciones terapéuticas de fármacos conocidos. El reposicionamiento de medicamentos asistido por computadora es una estrategia moderna, racional y económica para proporcionar nuevas soluciones terapéuticas para enfermedades desatendidas.Fil: Alberca, Lucas Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas; Argentin

In silico Guided Drug Repurposing: Discovery of New Competitive and Non-competitive Inhibitors of Falcipain-2

Malaria is among the leading causes of death worldwide. The emergence of Plasmodium falciparum resistant strains with reduced sensitivity to the first line combination therapy and suboptimal responses to insecticides used for Anopheles vector management have led to renewed interest in novel therapeutic options. Here, we report the development and validation of an ensemble of ligand-based computational models capable of identifying falcipain-2 inhibitors, and their subsequent application in the virtual screening of DrugBank and Sweetlead libraries. Among four hits submitted to enzymatic assays, two (odanacatib, an abandoned investigational treatment for osteoporosis and bone metastasis, and the antibiotic methacycline) confirmed inhibitory effects on falcipain-2, with Ki of 98.2 nM and 84.4 μM. Interestingly, Methacycline proved to be a non-competitive inhibitor (α = 1.42) of falcipain-2. The effects of both hits on falcipain-2 hemoglobinase activity and on the development of P. falciparum were also studied.Fil: Alberca, Lucas Nicolás. Universidad Nacional de La Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Chuguransky, Sara Rocío. Universidad Nacional de La Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Alvarez, Cora Lilia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; ArgentinaFil: Talevi, Alan. Universidad Nacional de La Plata; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Salas Sarduy, Emir. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas. Universidad Nacional de San Martín. Instituto de Investigaciones Biotecnológicas; Argentin

Identification of Levothyroxine Antichagasic Activity through Computer-Aided Drug Repurposing

Cruzipain (Cz) is the major cysteine protease of the protozoan Trypanosoma cruzi, etiological agent of Chagas disease. A conformation-independent classifier capable of identifying Cz inhibitors was derived from a 163-compound dataset and later applied in a virtual screening campaign on the DrugBank database, which compiles FDA-approved and investigational drugs. 54 approved drugs were selected as candidates, 3 of which were acquired and tested on Cz and T. cruzi epimastigotes proliferation. Among them, levothyroxine, traditionally used in hormone replacement therapy in patients with hypothyroidism, showed dosedependent inhibition of Cz and antiproliferative activity on the parasite.Fil: Bellera, Carolina Leticia. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Química Medicinal; ArgentinaFil: Balcazar, Dario Emmanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencias y Tecnología "Dr. Cesar Milstein"; ArgentinaFil: Alberca, Lucas Nicolás. Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Química Medicinal; ArgentinaFil: Labriola, Carlos Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquimicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Talevi, Alan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencias y Tecnología "dr. Cesar Milstein"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Cátedra de Química Medicinal; ArgentinaFil: Carrillo, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencias y Tecnología "Dr. Cesar Milstein"; Argentin

Identification of levothyroxine antichagasic activity through computer-aided drug repurposing

Cruzipain (Cz) is the major cysteine protease of the protozoan Trypanosoma cruzi, etiological agent of Chagas disease. A conformation-independent classifier capable of identifying Cz inhibitors was derived from a 163-compound dataset and later applied in a virtual screening campaign on the DrugBank database, which compiles FDA-approved and investigational drugs. 54 approved drugs were selected as candidates, 3 of which were acquired and tested on Cz and T. cruzi epimastigotes proliferation. Among them, levothyroxine, traditionally used in hormone replacement therapy in patients with hypothyroidism, showed dose-dependent inhibition of Cz and antiproliferative activity on the parasite.Facultad de Ciencias Exacta

Strengths and Weaknesses of Docking Simulations in the SARS-CoV-2 Era: The Main Protease (Mpro) Case Study

The scientific community is working against the clock to arrive at therapeutic interventions to treat patients with COVID-19. Among the strategies for drug discovery, virtual screening approaches have the capacity to search potential hits within millions of chemical structures in days, with the appropriate computing infrastructure. In this article, we first analyzed the published research targeting the inhibition of the main protease (Mpro), one of the most studied targets of SARS-CoV-2, by docking-based methods. An alarming finding was the lack of an adequate validation of the docking protocols (i.e., pose prediction and virtual screening accuracy) before applying them in virtual screening campaigns. The performance of the docking protocols was tested at some level in 57.7% of the 168 investigations analyzed. However, we found only three examples of a complete retrospective analysis of the scoring functions to quantify the virtual screening accuracy of the methods. Moreover, only two publications reported some experimental evaluation of the proposed hits until preparing this manuscript. All of these findings led us to carry out a retrospective performance validation of three different docking protocols, through the analysis of their pose prediction and screening accuracy. Surprisingly, we found that even though all tested docking protocols have a good pose prediction, their screening accuracy is quite limited as they fail to correctly rank a test set of compounds. These results highlight the importance of conducting an adequate validation of the docking protocols before carrying out virtual screening campaigns, and to experimentally confirm the predictions made by the models before drawing bold conclusions. Finally, successful structure-based drug discovery investigations published during the redaction of this manuscript allow us to propose the inclusion of target flexibility and consensus scoring as alternatives to improve the accuracy of the methods.Fil: Llanos, Manuel. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Gantner, Melisa Edith. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Rodríguez, Santiago. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; ArgentinaFil: Alberca, Lucas Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Genética y Biología Molecular "Dr. Héctor N. Torres"; ArgentinaFil: Bellera, Carolina Leticia. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Talevi, Alan. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; ArgentinaFil: Gavernet, Luciana. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentin

Identification of cisapride as new inhibitor of putrescine uptake in Trypanosoma cruzi by combined ligand- and structure-based virtual screening

Nowadays, the pharmacological therapy for the treatment of Chagas disease is based on two old drugs, benznidazole and nifurtimox, which have restricted efficacy against the chronic phase of the illness. To overcome the lack of efficacy of the traditional drugs (and their considerable toxicity), new molecular targets have been studied as starting points to the discovery of new antichagasic compounds. Among them, polyamine transporter TcPAT12 (also known as TcPOT1.1) represents an interesting macromolecule, since polyamines are essential for Trypanosoma cruzi, the parasite that causes the illness, but it cannot synthesize them de novo. In this investigation we report the results of a combined ligand- and structure-based virtual screening for the discovery of new inhibitors of TcPAT12. Initially we filtered out ZINC and Drugbank databases with similarity and QSAR models and then we submitted the candidates to a validated docking based screening. Four structures were selected and tested in T. cruzi epimastigotes proliferation and two of them, Cisapride and [2-(cyclopentyloxy)phenyl]methanamine showed inhibitory effects. Additionally, we performed transport assays which demonstrated that Cisapride interferes with putrescine uptake in a specific mode.Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivo

Identification of cisapride as new inhibitor of putrescine uptake in Trypanosoma cruzi by combined ligand- and structure-based virtual screening

Nowadays, the pharmacological therapy for the treatment of Chagas disease is based on two old drugs, benznidazole and nifurtimox, which have restricted efficacy against the chronic phase of the illness. To overcome the lack of efficacy of the traditional drugs (and their considerable toxicity), new molecular targets have been studied as starting points to the discovery of new antichagasic compounds. Among them, polyamine transporter TcPAT12 (also known as TcPOT1.1) represents an interesting macromolecule, since polyamines are essential for Trypanosoma cruzi, the parasite that causes the illness, but it cannot synthesize them de novo. In this investigation we report the results of a combined ligand- and structure-based virtual screening for the discovery of new inhibitors of TcPAT12. Initially we filtered out ZINC and Drugbank databases with similarity and QSAR models and then we submitted the candidates to a validated docking based screening. Four structures were selected and tested in T. cruzi epimastigotes proliferation and two of them, Cisapride and [2-(cyclopentyloxy)phenyl]methanamine showed inhibitory effects. Additionally, we performed transport assays which demonstrated that Cisapride interferes with putrescine uptake in a specific mode.Fil: Dietrich, Roque Carlos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Alberca, Lucas Nicolás. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Ruiz, María Daniela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Palestro, Pablo Hernán. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Carrillo, Carolina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein". Fundación Pablo Cassará. Instituto de Ciencia y Tecnología "Dr. César Milstein"; ArgentinaFil: Talevi, Alan. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Ciencias Biológicas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentin

LIDeB Tools: A Latin American resource of freely available, open-source cheminformatics apps

Cheminformatics is the chemical field that deals with the storage, retrieval, analysis and manipulation of an increasing volume of available chemical data, and it plays a fundamental role in the fields of drug discovery, biology, chemistry, and biochemistry. Open source and freely available cheminformatics tools not only contribute to the generation of public knowledge, but also to reduce the technological gap between high- and low- to middle-income countries. Here, we describe a series of in-house cheminformatics applications developed by our academic drug discovery team, which are freely available on our website (https://lideb.biol.unlp.edu.ar/) as Web Apps and stand-alone versions. These apps include tools for clustering small molecules, decoy generation, druggability assessment, classificatory model evaluation, and data standardization and visualization.Fil: Prada Gori, Denis Nihuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Alberca, Lucas Nicolás. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Rodríguez, Santiago. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Alice, Juan Ignacio. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Llanos, Manuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Bellera, Carolina Leticia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; ArgentinaFil: Talevi, Alan. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencas Exactas. Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Bioactivos; Argentin

Integrated Application of Enhanced Replacement Method and Ensemble Learning for the Prediction of BCRP/ABCG2 Substrates

Breast Cancer Resistance Protein (BCRP or ABCG2) is a polyspecific efflux-transporter which belongs to the ATP-binding Cassette superfamily. Up-regulation of BCRP is associated to multi-drug resistance in a number of conditions, e.g. cancer and epilepsy. Recent proteomic studies show that high-expression levels of BCRP are found in healthy human intestine and at the blood-brain barrier, limiting the absorption and brain distribution of its substrates. Here, we have jointly applied the Enhanced Replacement Method and ensemble learning approaches to obtain combinations of 2D linear classifiers capable of discriminating among substrates and non-substrates of the wild type human BCRP. The best model ensemble obtained outperforms previously reported 2D linear classifiers, showing the ability of the Enhanced Replacement Method and ensemble learning schemes to optimize the performance of individual models. This is the first report of the Enhanced Replacement Method to solve classification problems.Facultad de Ciencias Exacta

Identification of levothyroxine antichagasic activity through computer-aided drug repurposing

Cruzipain (Cz) is the major cysteine protease of the protozoan Trypanosoma cruzi, etiological agent of Chagas disease. A conformation-independent classifier capable of identifying Cz inhibitors was derived from a 163-compound dataset and later applied in a virtual screening campaign on the DrugBank database, which compiles FDA-approved and investigational drugs. 54 approved drugs were selected as candidates, 3 of which were acquired and tested on Cz and T. cruzi epimastigotes proliferation. Among them, levothyroxine, traditionally used in hormone replacement therapy in patients with hypothyroidism, showed dose-dependent inhibition of Cz and antiproliferative activity on the parasite.Facultad de Ciencias Exacta