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Type: Dissertação
Title: Desenho de peptídeos com potencial para o tratamento da doença de Alzheimer: triagem de mutações, dinâmica molecular e bioquímica quântica focadas na afinidade de ligação do complexo Aducanumabe::aβ2-7
Title in English: Design of peptides with potential for the treatment of Alzheimer's disease: mutation screening, molecular dynamics and quantum biochemistry focused on the binding affinity of the Aducanumab::aβ2-7 complex
Authors: França, Victor Lucas Bernardes
Advisor: Andrade, Geanne Matos de
Keywords in Brazilian Portuguese : Doença de Alzheimer;Biologia Computacional;Peptídeos;Bioquímica
Keywords in English : Alzheimer’s disease;Computational Biology;Peptides;Biochemistry
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS DA SAUDE::MEDICINA::CLINICA MEDICA
Issue Date: 2024
Citation: FRANÇA, Victor Lucas Bernardes. Desenho de peptídeos com potencial para o tratamento da doença de Alzheimer: triagem de mutações, dinâmica molecular e bioquímica quântica focadas na afinidade de ligação do complexo aducanumabe::aβ2-7. 151 f. Dissertação (Mestrado em Ciências Médicas) - Faculdade de Medicina, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024. Disponível em: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/ 77633. Acesso em: 12 ago. 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: Existem sete tratamentos aprovados para o tratamento da doença de Alzheimer (DA), mas cinco deles se limitam ao alívio dos sintomas e não são capazes de alterar o curso da doença. O Aducanumabe (Adu) e o Lecanemabe (Lec) são os novos anticorpos monoclonais humanos anti beta-amiloide capazes de modificar o curso da DA e que foram recentemente aprovados para o uso clínico. No entanto, sua administração está associada a efeitos colaterais graves e seu uso é limitado a pacientes em estágios iniciais da doença. No presente estudo, utilizou-se de triagem de mutações, dinâmica molecular e bioquímica quântica para delinear as interações interfaciais do complexo Aducanumabe::Aβ2-7. As análises permitiram identificar os contatos críticos para a manutenção da estabilidade estrutural dos complexos e revelaram variações de até 40% nos valores de afinidade de ligação das cadeias do Adu pelo Aβ2-7 a depender da conformação estrutural analisada. Notavelmente, as regiões determinantes de complementariedade LCDR3, HCDR2 e HCDR3 do Adu foram responsáveis por aproximadamente 77% da afinidade pelo Aβ2-7, confirmando sua função essencial no reconhecimento do epítopo. A mutação S91Y (na cadeia leve do Adu) inicialmente identificada como tendo o potencial para aumentar a afinidade do complexo Adu::Aβ2-7 resultou em uma diminuição da estabilidade estrutural do complexo sem aumentar significativamente a afinidade geral da ligação. Peptídeos miméticos com potencial de inibir a agregação de Aβ foram projetados usando os dados de mecânica quântica e de ferramentas preditivas de bioinformática. Enquanto a bioquímica quântica sugeriu que os peptídeos PEP-L3-L1/L2 e PEP-L3-C1/C2 devem ter maior afinidade pelo Aβ, as ferramentas de predição indicaram os peptídeos PEP-H3-L e PEP-H3-C como tendo o maior potencial para atravessar a barreira hematoencefálica e a menor suscetibilidade às proteases. Os ensaios da tioflavina T apoiam o uso desses peptídeos, especialmente Pep-H3-L e Pep-H3-C, como possíveis medicamentos com grande potencial para atuarem como inibidores da agregação dos peptídeos Aβ.
Abstract: Seven treatments are approved for Alzheimer's disease, but five of them only relieve symptoms and do not alter the course of the disease. Aducanumab (Adu) and Lecanemab (Lec) are novel disease-modifying anti-amyloid-beta (Aβ) human monoclonal antibodies that specifically target the pathophysiology of Alzheimer's disease (AD) and were recently approved for its treatment. However, their administration is associated with serious side effects and their use is limited to patients in the early stages of the disease. In the present study, mutation screening, molecular dynamics, and quantum biochemistry were used to outline the interfacial interactions of the Aducanumab::Aβ2-7 complex. Our analysis identified critical stabilizing contacts revealing up to 40% variation in the affinity of the Adu chains for Aβ2-7 depending on the conformation outlined. Remarkably, two complementarity determining regions (CDRs) of the Adu Heavy chain (HCDR3 and HCDR2) and one CDR of the Adu Light chain (LCDR3) accounted for approximately 77% of the affinity for Aβ2-7, confirming their critical role in epitope recognition. The S91Y mutation (on Adu’s light chain), originally reported to have the potential to increase the affinity of Adu for Aβ2-7, was shown to decrease its structural stability without significantly increasing the overall binding affinity. Mimetic peptides that have the potential to inhibit Aβ aggregation were designed using quantum mechanics and bioinformatic predictive tools. While quantum biochemistry suggested that the PEP-L3-L1/L2 and PEP-L3-C1/C2 peptides should have the greatest affinity for Aβ, prediction tools indicated that the PEP-H3-L and PEP-H3-C peptides had the greatest potential to cross the blood-brain barrier and the least susceptibility to proteases. The thioflavin T assays support the use of these peptides, particularly Pep-H3-L and Pep-H3-C, as potential drugs with great potential to act as inhibitors of Aβ peptide aggregation.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77633
Author's ORCID: https://orcid.org/0000-0002-2731-3897
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/3534377062374299
Advisor's ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9363-4130
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/9935129797137635
Access Rights: Acesso Embargado
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