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Tipo: Dissertação
Título: Planejamento in silico para a construção de nanocorpos (VHH) miméticos anti-integrina α4β1 (CD49d/CD29) humana
Autor(es): Barros, João Eudes Lemos de
Orientador: Silva, João Hermínio Martins da
Palavras-chave em português: Bioinformática;Nanocorpos;Natalizumabe;Neurodegeneração;Miméticos
Palavras-chave em inglês: Bioinformatics;Nanobodies;Natalizumab;Neurodegeneration;Mimetics
Data do documento: 2025
Citação: BARROS, João Eudes Lemos de. Planejamento in silico para a construção de nanocorpos (VHH) miméticos anti-integrina α4β1 (CD49d/CD29) humana. 2025. 160 f. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia de Recursos Naturais) – Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia de Recursos Naturais, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: A esclerose múltipla (EM) é uma doença autoimune, inflamatória e neurodegenerativa, sendo a principal causa de incapacidade neurológica não traumática em jovens adultos. Sua incidência varia de mais de 100 casos por 100.000 habitantes na América do Norte e Europa Ocidental para menos de 30 por 100.000 em regiões equatoriais, com cerca de 40.000 casos estimados no Brasil. A EM envolve leucócitos, quimiocinas e citocinas como TNF-³, IFN-´ e IL-17, além da integrina ³4³1, que facilita a migração linfocitária para o sistema nervoso central (SNC) via receptor VCAM-1. O Natalizumabe (NTZ) inibe essa interação, sendo uma imunoterapia eficaz, mas seu uso prolongado compromete a vigilância imunológica, favorecendo infecções oportunistas e a reativação do poliomavírus John Cunningham (JC), levando à Leucoencefalopatia Multifocal Progressiva (LMP). Além disso, apresenta efeitos colaterais como sangramentos, tontura, náusea e rigidez muscular, alto custo e falta de seletividade exclusiva para a EM, interagindo também com a integrina ³4³7, associada à Doença de Crohn. Para superar essas limitações, nanocorpos (VHHs) surgem como alternativa propícia, impulsionados por ferramentas in silico e algoritmos de deep learning, que viabilizam produção rápida e de menor custo. Este estudo desenvolveu uma estratégia iniciais para criar VHHs que mimetizam o NTZ, preservando suas propriedades e especificidade. Inicialmente, cálculos de SASA (via FreeSASA) caracterizaram a interface VH/NTZ-³4. Em seguida, VHHs nativos (VHH-IN) foram selecionados do banco SAbDab, priorizando aqueles com CDR3 estruturalmente semelhante ao VH/NTZ. Três estratégias de enxerto (grafting) foram empregadas para transferir as CDRs do VH/NTZ para os VHHs: ENXSEQ, ENXSDR e ENXEST. O ENXSEQ unificou as CDRs do VH/NTZ nos frameworks (FR) dos VHHs via modelagem no NanobodyBuilder2. Os complexos VHH/NTZ-³4 foram gerados via docking molecular no HADDOCK 2.4, e os melhores selecionados com base na pontuação DockQ. Enquanto o ENXSDR preservou melhor as propriedades dos VHH-IN, mas teve menor especificidade para ³4, e o ENXEST expos conservação intermediária e maior formação de complexo VHH/NTZ-³4. Já o ENXSEQ foi o menos conservador, mas com especificidade intermediária ao antígeno. Os resultados indicam que os VHHs híbridos mantêm especificidade à subunidade ³4, variando conforme a estratégia de enxerto, sendo o ENXSDR os mais oportunos, necessitando otimização para aprimorar sua especificidade.
Abstract: Multiple Sclerosis (MS) is an autoimmune, inflammatory, and neurodegenerative disease and the leading cause of non-traumatic neurological disability in young adults. Its incidence ranges from over 100 cases per 100,000 inhabitants in North America and Western Europe to less than 30 cases per 100,000 inhabitants in equatorial regions, with an estimated 40,000 cases in Brazil. MS involves leukocytes, chemokines, and cytokines such as TNF-³, IFN-´, and IL-17, as well as ³4³1 integrin, which facilitates lymphocyte migration into the central nervous system (CNS) via the VCAM-1 receptor. Natalizumab (NTZ) inhibits this interaction and serves as an effective immunotherapy; however, its prolonged use compromises immune surveillance, increasing susceptibility to opportunistic infections and reactivation of the John Cunningham (JC) polyomavirus, leading to Progressive Multifocal Leukoencephalopathy (PML). Additionally, NTZ has side effects such as bleeding, dizziness, nausea, and muscle stiffness, along with high costs and a lack of exclusive selectivity for MS, as it also interacts with ³4³7 integrin, which is associated with Crohn9s disease. To overcome these limitations, nanobodies (VHHs) have emerged as a promising alternative driven by in silico tools and deep learning algorithms that enable faster and more cost-effective production. In this study, we developed an initial strategy to create VHHs that mimic NTZ while preserving its properties and specificity. Initially, SASA calculations (via FreeSASA) were used to characterize the VH/NTZ-³4 interface. Native VHHs (VHH-IN) were selected from the SAbDab database, prioritizing those with structurally similar CDR3 regions to VH/NTZ. Three grafting strategies were employed to transfer CDRs from VH/NTZ to VHHs: ENXSEQ, ENXSDR, and ENXEST. ENXSEQ unified the VH/NTZ CDRs into the frameworks (FR) of the VHHs by modeling in NanobodyBuilder2. The VHH/NTZ-³4 complexes were generated via molecular docking using HADDOCK 2.4, and the best complexes were selected based on the DockQ score. Although ENXSDR better preserved the properties of VHH-IN but had lower specificity for ³4, ENXEST exhibited intermediate conservation and greater VHH/NTZ-³4 complex formation. In contrast, ENXSEQ was the least conservative, but showed intermediate specificity for the antigen. These results indicate that hybrid VHHs maintain specificity for the ³4 subunit, varying according to the grafting strategy, with ENXSDR being the most promising. However, further optimization is required to enhance specificity.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/81016
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0000-0003-1829-795X
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/0746854254923395
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0003-1534-9857
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4614096538855002
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:PPGBRN - Dissertações defendidas na UFC

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