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As proteínas evoluem ao longo do tempo, devido ao acúmulo de mutações, inserções e deleções nos genes que as codificam. Posições fortemente conservadas geralmente referem-se a resíduos que são estritamente necessários para a estrutura da proteína ou para sua função. A metodologia DRCN (Decomposition of Residue Coevolution Networks) permite estudar coevolução de resíduos em famílias de proteínas. Para tanto, consiste em cinco etapas básicas: filtragem do alinhamento, cálculo de correlações, decomposição da rede, geração de arquivos de visualização auxiliares e anotação de posições por busca automática no UniProt. As cisteíno proteases são um grande e diverso grupo de enzimas que pertencem ao clã CA e à família C1 (família da papaína) e podem ser encontradas em todos os animais e reinos de plantas bem como em muitos vírus e organismos procariotas. O presente trabalho tem como objetivo analisar e discutir a importância dos resíduos correlacionados e conservados da família das cisteíno proteases a partir do alinhamento múltiplo de sequências. Para tanto utilizamos, o software PFSTATS, que emprega a metodologia DRCN. Foram encontrados 34 resíduos correlacionados dispostos em 5 comunidades de resíduos que coevoluem. A comunidade 1 é a maior comunidade, sendo formada por 22 resíduos que coevoluem tanto por questões estruturais, como por exemplo Cys22 e Cys63 e Cys56 e Cys101, que realizam pontes dissulfeto; quanto por questões funcionais, como Pro2, Phe28, Gly35 e Tyr89, que se localizam em sítios alostéricos preditos da cruzaína. A comunidade 2 é composta por 6 resíduos, dentre eles resíduos da díade catalítica, Cys25 e His162, e resíduos Gly23 e Gly65, que coevoluem por questões estruturais. As comunidades 3, 4 e 5 possuem apenas 2 resíduos cada. O resíduo Cys155 da comunidade 3 possui importância estrutural, bem como os resíduos Val13 e Lys181 (comunidade 4) e Gln51 (comunidade 5). Os resíduos da comunidade 5, Leu48 e Gln51 possuem importância funcional e o resíduo Ser55 (comunidade 3) ainda não apresenta sua função descrita na literatura. Também foram encontrados 10 resíduos que são altamente conservados evolutivamente nessa família. Enquanto alguns resíduos, incluindo os que compõem a díade catalítica (Cys25 e His162), são conservados por questões funcionais, outros o são por questões estruturais (Ser49, Gly168, Gly189 e Gly192). Proteins evolve over time, due to the accumulation of mutations, insertions and deletions in the genes that encode them. Highly conserved positions generally refer to residues that are strictly necessary for the structure of the protein or for its function. The DRCN (Decomposition of Residue Coevolution Networks) methodology allows the study of coevolution of residues in protein families. To do this, it consists of five basic steps: filtering the alignment, calculating correlations, decomposing the network, generating auxiliary visualization files and annotating positions by automatic search in UniProt. Cysteine proteases are a large and diverse group of enzymes belonging to the CA clan and the C1 family (papain family) and can be found in all animals and plant kingdoms as well as in many viruses and prokaryotes. The present work aims to analyze and discuss the importance of correlated and conserved residues of the cysteine protease family from the multiple sequence alignment. For this, we use the PFSTATS software, which employs the DRCN methodology. There were 34 correlated residues found in 5 coevoluted communities. Community 1 is the largest community, consisting of 22 residues coevolved by structural issues, such as Cys22 and Cys63 and Cys56 and Cys101, which carry disulfide bridges; as well as for functional issues, such as Pro2, Phe28, Gly35 and Tyr89, which are located in predicted allosteric sites of cruzain. Community 2 is composed of 6 residues, among them residues of the catalytic dyad, Cys25 and His162, and residues Gly23 and Gly65, which coevolve for structural reasons. Communities 3, 4 and 5 have only 2 residues each. The Cys155 residue of community 3 has structural importance, as well as residues Val13 and Lys181 (community 4) and Gln51 (community 5). The residues of community 5, Leu48 and Gln51 have functional importance and the residue Ser55 (community 3) still does not present its function described in the literature. Also 10 residues were found that are highly conserved evolutionarily in this family. While some residues, including those that make up the catalytic dyad (Cys25 and His162), are conserved for functional reasons, others are for structural reasons (Ser49, Gly168, Gly189 and Gly192).

Submitted by LETICIA DE ALMEIDA null (leticia.almeida.le@gmail.com) on 2017-04-05T18:39:23Z No. of bitstreams: 1 Tese Doutorado_Leticia de Almeida_2017CD.pdf: 4977712 bytes, checksum: 38f01194dba0bb52e738b5d146766c36 (MD5) Rejected by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com), reason: Solicitamos que realize uma nova submissão seguindo a orientação abaixo: Incluir o número do processo de financiamento nos agradecimentos da dissertação/tese. Corrija esta informação e realize uma nova submissão com o arquivo correto. 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As leishmanioses apresentam diferentes manifestações clínicas, sendo elas leishmaniose cutânea, mucocutânea, cutânea difusa e visceral. Os fármacos atualmente disponíveis para o tratamento das leishmanioses apresentam diversos efeitos colaterais, além de problemas associados às vias de administração e surgimento de cepas resistentes. Os furoxanos e benzofuroxanos são compostos heterocíclicos contendo a função N-óxido com múltiplas atividades, incluindo anti-T. cruzi e anti-Leishmania. Neste trabalho, uma série de derivados de furoxano (compostos 3, 4a-b, 13a-b, e 14a-f) e benzofuroxano (7 e 8a-c) foram avaliados em ensaios in vitro frente as espécies L. (L.) amazonensis, L. (L.) mexicana e L. (L.) infantum. Os compostos foram também avaliados quanto à citotoxicidade em macrófagos murinos e quanto à sua capacidade de produção de óxido nítrico in vitro e em macrófagos infectados com o parasito. A atividade leishmanicida (EC50) dos derivados em estudo variou de 2,0 a 96,0 µM, enquanto que a citotoxicidade de 5,0 a 250,0 µM. A molécula doadora de óxido nítrico 14e revelou ser a mais promissora dentre os derivados analisados, exibindo ação pH-dependente. Adicionalmente, o derivado 14e mostrou ser capaz de inibir a enzima cisteíno protease de Leishmania, importante fator de virulência deste parasito. Estes ensaios mostraram que 14e inibe a isoforma recombinante de cisteíno protease B 2.8 (IC50 = 1,0 µM), com possível envolvimento da cisteíno protease A no mecanismo de ação desse derivado, como revelado em ensaios realizados com linhagens nocautes de L. (L.) mexicana para os genes codificadores destas enzimas. Estudos de biologia celular realizados indicaram ainda possível interação do 14e com outros alvos de ação, como alterações na homeostase do cálcio. Nos estudos in vivo realizados com hamsters infectados com L. (L.) infantum constatou-se que o tratamento com uma dose de 3,0 mg/Kg/dia do 14e levou a uma redução significativa da carga parasitária no baço (49,9%) e no fígado (54,2%) também não se verificou efeitos tóxicos pelas análises bioquímicas e histopatológicas conduzidas. Desta forma, este trabalho indica o derivado furoxano 14e como uma molécula promissora para o desenvolvimento de um agente leishmanicida. Leishmaniases are diseases caused by the protozoan parasite of Leishmania genus and transmitted by the bite of insect vetor, phlebotomine. Leishmaniases present different clinical manifestations, including cutaneous, mucocutaneous, diffuse cutaneous and visceral leishmaniasis. The currently available drugs for leishmaniasis treatment show several side effects, besides problems associated with the administration routes and the emergence of resistant strains. Furoxan and benzofuroxan are heterocyclic compounds containing the N-oxide function showing several activities, including anti-T. cruzi and antiLeishmania. In this work, a series of furoxan (compounds 3, 4a-b, 13a-b, and 14a-f) and benzofuroxan (7 and 8a-c) derivatives were tested against the species L. (L.) amazonensis, L. (L.) mexicana e L. (L.) infantum. The compounds were also evaluated for cytotoxicity against murine macrophages and as to its ability to produce nitric oxide in vitro and in macrophages infected with the parasite. The antileishmanial activity (EC50) of the derivatives studied ranged from 2.0 to 96.0 μM, whereas the cytotoxicity of 5.0 to 250.0 μM. The nitric oxide donor molecule 14e revealed to be the most promising of the analyzed derivatives, exhibiting a pH-dependent action. Futhermore, the derivative 14e was shown to be capable of inhibiting the cysteine protease enzyme of Leishmania, an important virulence factor of this parasite. These assays showed that 14e inhibits the cysteine protease B 2.8 recombinant isoform (IC50 = 1.0 μM), with possible involvement of the cysteine protease A in the mechanism of action of this derivative, as revealed in tests performed with knockouts L. (L.) mexicana mutants for the genes encoding these enzymes. Cell biology studies have also indicated possible interaction of 14e with other action targets, such as changes in calcium homeostasis. In the in vivo studies using L. infantum-infected hamsters it was found that the treatment with a dose of 3.0 mg/Kg/day of 14e led to a meaningful reduction of parasite load in spleen (49.9%) and liver (54.2%), moreover no toxic effects were detected by the biochemical and histopathological analyzes conducted. Thus, this work indicates the furoxan derivative 14e as a promising molecule for the development of an antileishmanial agent. CNPq: 140452/2013-3