Σχεδιασμός καινοτόμων βιοδραστικών μορίων με τη βοήθεια της μοριακής προσομοίωσης για την αντιμετώπιση των εκφυλιστικών νόσων του Κ.Ν.Σ: alzheimer και parkinson

Abstract

The aim of this dissertation is the in silico rational design of new compounds against Alzheimer's and Parkinson diseases.The aspartic protease BACE-1 is a therapeutic target for Alzheimer's disease. Therefore, a series of 11 resveratrol derivatives and 11 glyoxylato-aroylhydrazones were studied against BACE-1. Initially, we studied their ability to penetrate the blood brain barrier (BBB) and be absorbed by the cells of the intestine epithelium Caco2. Furthermore, molecular docking calculations were performed in the active site of BACE-1. The results were promising and the compounds were biologically evaluated against the enzyme. Resveratrol and four derivatives of resveratrol showed significant inhibitory activity. The remaining derivatives were inactive. The glyoxylato-aroylhydrazones showed no significant inhibitory activity. These derivatives were also studied for their suppress the induction of cell death due to oxidative stress of HT22 cells. The comparison of the results of these two biological tests reveals that the activity of these compounds may be dual: first act as BACE-1 inhibitors and second protect nerve cells from oxidative death. Experiments on Differential Scanning Calorimetry and Molecular Dynamics techniques showed that the most active compounds exert stronger thermal effects.One of the classes of drugs used to treat Parkinson's disease is the monoamine oxidase type B (MAO-B). Literature studies support the inhibitory activity of coumarins against MAO-B. Thus, a series of 13 coumarin derivatives was studied. Initially, we evaluated the pharmacokinetic properties of the compounds and then we applied molecular docking in the active site of MAO-B. The results from both studies are encouraging and the compounds are under biological evaluation.AT1 antagonists exert antioxidant effects and may have beneficial effects in Alzheimer’s disease. For this reason, we investigated a possible activity of the synthetic analogue BV6 against BACE-1 using molecular docking studies. The results are promising and BV6 will be shortly biologically evaluated.

Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι ο in silico ορθολογικός σχεδιασμός νέων ενώσεων κατά των νόσων της Alzheimer και Parkinson.Ένας θεραπευτικός στόχος της νόσου Αlzheimer είναι η ασπαρτική πρωτεάση BACE-1. Ως προς την κατεύθυνση αναστολής της δράσης αυτού του ενζύμου μελετήθηκαν 11 παράγωγα της ρεσβερατρόλης και 11 γλυοξυλοϋλο-αροϋλο παράγωγα της υδραζόνης. Αρχικά μελετήθηκε in silico η ικανότητά τους να διαπερνούν τον αιματοεγκεφαλικό φραγμό και να απορροφώνται από τα κύτταρα του επιθηλίου του εντέρου Caco2 και ακολούθησαν υπολογισμοί μοριακής πρόσδεσης των παραγώγων δύο ομάδων στο ενεργό κέντρο της BACE-1. Επειδή τα αποτελέσματα της μοριακής πρόσδεσης ήταν ενθαρρυντικά ακολούθησε βιολογική τους αποτίμηση στη BACE-1. Πέντε παράγωγα της ρεσβερατρόλης παρουσίασαν σημαντική ανασταλτική δράση. Τα υπόλοιπα παράγωγα ήταν μη δραστικά. Τα γλυοξυλοϋλο-αροϋλο παράγωγα δεν εμφάνισαν σημαντική ανασταλτική δράση. Τα παράγωγα και των δύο ομάδων μελετήθηκαν επίσης για την καταστολή της επαγωγής του θανάτου των κυττάρων HT22 λόγω οξειδωτικού στρες. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα των δύο βιολογικών δοκιμασιών εξάγεται το συμπέρασμα ότι οι δραστικές ενώσεις στη BACE-1 προστατεύον τα νευρικά κύτταρα από τον οξειδωτικό θάνατο. Τα πειράματα Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης και Μοριακής Δυναμικής έδειξαν ότι τα πιο δραστικά παράγωγα εξασκούν ισχυρότερες θερμικές μεταβολές.Μία από τις κατηγορίες φαρμάκων που χρησιμοποιούνται για την αντιμετώπιση της νόσου Parkinson είναι οι αναστολείς της μονοαμινοοξειδάσης τύπου Β (ΜΑΟ-Β). Βιβλιογραφικές μελέτες υποστηρίζουν την ανασταλτική δράση των κουμαρινών έναντι στης ΜΑΟ-Β και γι αυτό το λόγο μελετήθηκε μία σειρά 13 κουμαρινικών παραγώγων. Αρχικά εκτιμήθηκαν οι φαρμακοκινητικές ιδιότητες των ενώσεων και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί μοριακής πρόσδεσης στο ενεργό κέντρο της ΜΑΟ-Β. Τα αποτελέσματα από τις δύο μελέτες ήταν ενθαρρυντικά και γι αυτό έχουν σταλεί για τη βιολογική τους αποτίμηση. Οι ΑΤ1 ανταγωνιστές εξασκούν αντιοξειδωτικές δράσεις και μπορούν να έχουν ευεργετικά αποτελέσματα στη νόσο Alzheimer. Για το λόγο αυτό διερευνήθηκε το συνθετικό ανάλογο BV6 ως προς την πιθανή ανασταλτική του δράση έναντι της BACE-1 με τη βοήθεια της μοριακής πρόσδεσης. Τα αποτελέσματα είναι ικανοποιητικά και πρόκειται να αποτιμηθεί η βιολογική του δράση.