AULA 5AULA 5

QSAR 2DQSAR 2DPanorama Atual

� Métodos de QSAR 2D ressurgiram com muita força devido às mudanças da g ç çindústria farmacêutica

� Elevada demanda atual em P&D dirigida pela inovação� Elevada demanda atual em P&D dirigida pela inovação

� Técnicas em larga escala na geração de compostos e triagem biológica

� Disponibilidade de vasta e útil informação de SAR

HQSARHQSARHolograma QSAR

Modelagem realizada em estações computacionais usando-se a plataforma SYBYL e o módulo de HQSAR

HQSARHQSAR

� O holograma QSAR (HQSAR, do inglês, hologram quantitative structure-activity relationships) é um método de QSAR 2D que converte a estruturamolecular em notações lineares, ou seja, sequências numéricas quecodificam a estrutura 2D das moléculas do conjunto de dadoscodificam a estrutura 2D das moléculas do conjunto de dados.

� Método moderno que tem sido empregado na criação de modelos de QSAR altamente preditivos

� Emprega hologramas moleculares originários da fragmentação molecular� Emprega hologramas moleculares originários da fragmentação molecular 2D

� Informações 3D podem também ser codificadas nos hologramas moleculares

6

� Método fundamentado na expansão do conceito de impressão digital molecular,utilizando uma forma estendida de impressão digital molecular conhecida comoholograma molecular;holograma molecular;

� O holograma molecular é caracterizado por codificar uma quantidade maior deinformação estrutural em relação à impressão digital tradicionalinformação estrutural em relação à impressão digital tradicional.

� Os hologramas moleculares são originários da fragmentação molecularbidi i lbidimensional.

� Todos os fragmentos moleculares possíveis (lineares, ramificados e sobrepostos)são obtidos e posteriormente distribuídos pelo holograma.

� Cada posição do holograma contém a f ê ifrequência com que um determinado fragmento aparece na molécula, sendo que fragmentos iguais que ocorrem mais de uma vez são sempre palocados na mesma posição

HQSARGeração dos Hologramas MolecularesGeração dos Hologramas Moleculares

• Parâmetros: tamanho do fragmento, distinção do fragmento, comprimento do holograma

• Tamanho do fragmento: determinado através do tamanho mínimo (M) e máximo (N), 2-5, 3-6, 4-7, 5-8, 6-9 ...

• Comprimento do holograma: padrão entre 53 e 401 (12 comprimentos padrões)

• Parâmetros de distinção do fragmento:

- Átomos (A)- Ligações (B) - Conectividade (C)

- Hidrogênios (H) - Quiralidade (Ch)- Doador e Receptor (DA)Conectividade (C) Doador e Receptor (DA)

HQSARGeração dos Hologramas MolecularesGeração dos Hologramas Moleculares

� ÁTOMO

• NH3, PH3 e CH3

• C6H6 e C5NH5

- Átomos (A)- Ligações (B) - Conectividade (C)

- Hidrogênios (H) - Quiralidade (Ch)- Doador e Receptor (DA)Conectividade (C) Doador e Receptor (DA)

HQSARGeração dos Hologramas MolecularesGeração dos Hologramas Moleculares

� LIGAÇÃO

• C C H (etano) C=C H (etileno) C�C H (acetileno)• C-C-H (etano), C=C-H (etileno), C�C-H (acetileno)

• H-C=C-H (etileno), H-C:C-H (benzeno)• hibridização sp2 (dulpa ligação e ligação aromática)• hibridização sp2 (dulpa ligação, e ligação aromática)

- Átomos (A)- Ligações (B) - Conectividade (C)

- Hidrogênios (H) - Quiralidade (Ch)- Doador e Receptor (DA)Conectividade (C) Doador e Receptor (DA)

HQSARGeração dos Hologramas Moleculares

� CONECTIVIDADE

Geração dos Hologramas Moleculares

� CONECTIVIDADE

Permite incluir informação sobre hibridização dos átomos no fragmento

• etileno glicol (OHCH2CH2OH)Os átomos de carbono tornam-se C(X)(X)(X)C(X)(X)(X). Com os átomosX t d fi l C d f t t hib idi ã 3X conectados, fica claro que os C do fragmento tem hibridização sp3

• ácido acético (CH3C(=O)OH)Os átomo de carbono tornam-se C(X)(X)(X)C(=X)X. O primeiro C é sp3

d 2e o segundo sp2.

- Átomos (A)- Ligações (B)

- Hidrogênios (H) - Quiralidade (Ch)g ç ( )

- Conectividade (C)( )

- Doador e Receptor (DA)

HQSARGeração dos Hologramas MolecularesGeração dos Hologramas Moleculares

� HIDROGÊNIO

Permite incluir informação sobre hibridização dos átomos no fragmento

• C H (benzeno) e C H (ciclohexano) são idênticos se os hidrogênios• C6H6 (benzeno) e C6H12 (ciclohexano) são idênticos se os hidrogêniosnão são considerados (são reduzidos a C6)

- Átomos (A)- Ligações (B)

- Hidrogênios (H) - Quiralidade (Ch)g ç ( )

- Conectividade (C)( )

- Doador e Receptor (DA)

HQSARGeração dos Hologramas Moleculares

� QUIRALIDADE

Geração dos Hologramas Moleculares

� QUIRALIDADEPermite incluir informação sobre a estereoquímica nos fragmentos

isômero R isômero S

- Átomos (A)- Ligações (B)

Conectividade (C)

- Hidrogênios (H) - Quiralidade (Ch)

Doador e Receptor (DA)- Conectividade (C) - Doador e Receptor (DA)

HQSARGeração dos Hologramas MolecularesGeração dos Hologramas Moleculares

ESTRUTURA MOLECULAR(hidrogênios omitidos)(hidrogênios omitidos)

Átomos ÁtomosLigações

ÁtomosLigações

ÁtomosLigaçõesg ç Ligações

ConexõesLigaçõesConexões

Quiralidade

Tamanho de fragmentosTamanho de fragmentos�2 5 �5 8�2-5�3-6�4-7

�5-8�6-9�7-10

Distinção de fragmentosDistinção de fragmentos- Átomos (A)

Ligação (B)- Hidrogênio (H)

Quiralidade (Ch) Mét d QSAR 2D d d l lt- Ligação (B)- Conectividade (C)

- Quiralidade (Ch)- Doador e aceptor (DA)

Método QSAR 2D capaz de gerar modelos com alta capacidade preditiva

Inibidores da Purina Nucleosídeo FosforilaseInibidores da Purina Nucleosídeo Fosforilase

HQSARHQSARPropriedade Biológica

Valores de ICValores de IC5050 para uma Série de Inibidores da PNPpara uma Série de Inibidores da PNP

ICIC5050: concentração de inibidor necessária parareduzir em 50% a atividade enzimáticareduzir em 50% a atividade enzimática

5 ou 6 concentrações 5 ou 6 concentrações de cada inibidorde cada inibidor

Inosina 10 Inosina 10 ��MM

Fosfato 1 mMFosfato 1 mM

5,0 5,0 -- 9,0 9,0 nMnMenzimaenzima

Reações a 25ºC e pH 7,4Reações a 25ºC e pH 7,4

Monitoradas a 293 nmMonitoradas a 293 nmFosfato 1 mMFosfato 1 mM Monitoradas a 293 nmMonitoradas a 293 nm

Bioensaio padronizado e validado

HN N

O

Triagem Biológica NO

H2N

Substância bioativa

NHNH

O

CH3

Inibidor ?NNH2

Inibidores da PNPInibidores da PNP

Candidatos a novos agentes quimioterápicos1. Clonagem, expressão, purificação e caracterização

2 Desenvolvimento de bioensaios padrões e testes de cristalização2. Desenvolvimento de bioensaios padrões e testes de cristalização

3. Síntese de inibidores

4. Avaliação biológica: ensaios enzimáticos determinação de valores de IC50e Ki

5 E t d d SAR i d ã5. Estudos de SAR, mecanismo de ação

6. Construção de conjuntos de dados padrões

7. Desenvolvimento de modelos de QSAR 2D e QSAR 3D

HQSARHQSARConjunto de Dados

C j t d D dC j t d D dConjuntos de DadosConjuntos de Dados

•• PNP bovinaPNP bovina

– valores de IC50 coletados de trabalhos anteriores do grupo e da literatura (68 inibidores)( )

Síntese e SAR

HN N

O

NH

O OOHN

NO

H2N

HN

N

NH

H2N

HN

N

NH

H2N

HN

N

NH

H2NCl

OO

SCl

HN

N

NH

H2NHN NH

O

HN

N

NH

O

H2NNH2N

N

CF3

2

Conjuntos de Inibidores: 9Conjuntos de Inibidores: 9--deazaguaninas deazaguaninas

O O H

O

H

OSH

jj gg

N

NHNH

NH2

O

CH3

N

NHNH

NH2

O

N

N

NHNH

NH2

N

N

NHNH

NH2N

NHNH

NH2O

CH2OH

N

N

N

2

OHOH

OO H

O

N

NHNH

NH2

O

N

NHNH

NH2

O

N

NHNH

NH2

SCl

Síntese e SAR

HQSARHQSARConjunto de Dados

Conjunto de Dados68 Moléculas

Conjunto Treinamento52 Moléculas

Conjunto Teste 16 Moléculas52 Moléculas 16 Moléculas

DISTRIBUIÇÃO

HQSARHQSARConjunto de Dados

Conjunto de Dadospara Modelagem

�� Estruturas de 68 inibidores Estruturas de 68 inibidores �� ICIC5050 entre 0,01 e 260 entre 0,01 e 260 μM �� Fator de potência: 26.000??

HQSARHQSARAnálise de HQSAR para as várias combinações de distinção de fragmento

empregando o tamanho padrão do fragmento (4-7)empregando o tamanho padrão do fragmento (4-7)

Parâmetros Estatísticos Distinção do

Fragmento q2 r2 SEE HL NFragmento q r SEE HL N

A/B 0,67 0,86 0,42 71 3

A/B/C 0,65 0,84 0,46 307 3

A/B/C/H 0,59 0,72 0,60 257 3 / / / , , ,

A/B/C/Ch 0,68 0,85 0,42 97 3

A/B/C/H/Ch 0,57 0,70 0,62 257 3

A/C/DA 0,59 0,76 0,56 61 3

HQSARHQSARInfluência do tamanho do fragmento nos parâmetros estatísticos

utilizando a melhor distinção (A/B/C/Ch)

Parâmetros Estatísticos Tamanho do

Fragmento q2 r2 SEE HL NFragmento q2 r2 SEE HL N

2-5 0,66 0,80 0,50 151 3

3-6 0,66 0,85 0,44 151 3

4 7 0 68 0 84 0 46 97 34-7 0,68 0,84 0,46 97 3

5-8 0,66 0,85 0,45 401 3

6-9 0,70 0,90 0,38 401 3

7-10 0 64 0 79 0 52 401 37-10 0,64 0,79 0,52 401 3

HQSARValidação Externa

Poder Preditivo

Capacidade do modelo em predizer o valor da propriedade biológica de novos compostosp op o óg o o o po o

HQSARValidação Externa

9

8

Conjunto TreinamentoConjunto Teste

6

7

redi

to

5

6

pIC

50 P

r

4

pIC50 Experimental

3 4 5 6 7 8 93

Conjunto treinamento: Conjunto treinamento: 5252 moléculas moléculas Conjunto Teste: Conjunto Teste: 1616 moléculas (24%)moléculas (24%)

HQSARHQSARMapa de Contribuição

Contribuiçãopositiva

Neutra99

ContribuiçãoContribuiçãonegativa