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Tipo: Tese
Título: Inibidores de proteases de plantas como modelos estruturais para o desenho de peptídeos bioinspirados com potencial uso clínico sobre as proteases principais de SARS-COV-2, SARS-COV-1 e MERS-COV
Título em inglês: Plant protease inhibitors as structural models for bioinspired peptide design with potential clinical applications targeting the main proteases of SARS-COV-2, SARS-COV-1, and MERS-COV
Autor(es): Lima, Adrianne Maia
Orientador: Oliveira, Hermógenes David de
Palavras-chave em português: Coronavírus humanos;Drogas antivirais;Fitocistatinas;Protease principal;Docking molecular;Dinâmica molecular
Palavras-chave em inglês: Human coronaviruses;Antiviral drugs;Main Protease;Phytocystatins;Molecular docking;Molecular dynamics
CNPq: CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS
Data do documento: 2025
Citação: LIMA, Adrianne Maia. Inibidores de proteases de plantas como modelos estruturais para o desenho de peptídeos bioinspirados com potencial uso clínico sobre as proteases principais de SARS-COV-2, SARS-COV-1 e MERS-COV. 2026. 116 f. Tese (Doutorado em Bioquímica) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Coronavírus humanos (HCoVs) causadores de infecções graves, como MERS-CoV, SARS- CoV-1 e SARS-CoV-2, continuam sendo uma ameaça global, agravada pela escassez de antivirais eficazes, redução da eficácia vacinal frente novas variantes e risco de novos surtos zoonóticos. Nesse contexto, a protease principal viral (Mpro), essencial à replicação viral e altamente conservada entre diferentes HCoVs, destaca-se como um alvo terapêutico estratégico. Considerando o potencial de inibidores de proteases de plantas (IPs) em modular enzimas envolvidas em infecções virais, este estudo buscou identificar IPs com capacidade de inibir a Mpro, visando sua aplicação como arcabouços moleculares no desenvolvimento de novos antivirais. Para isso, foi criado um banco de dados contendo estruturas 3D de IPs vegetais depositados no Protein Data Bank (PDB), selecionando aquelas com atividade contra cisteíno- proteases. Análises de ancoragem molecular (FRODOCK 3.12, ClusPro 2.0), simulações de dinâmica molecular (100 ns, GROMACS 2018.4) e cálculos quânticos de energia de interação (DMol3) revelaram que cistatinas de Ananas comosus (PDB ID: 2L4V) e Sesamum indicum (PDB ID: 2MZV) interagiram com Mpro em sítios alostéricos, apresentando energias de -225,7 e -301,9 kcal/mol, respectivamente. Análises no CASTp mostraram que essas interações causaram redução significativa da área e volume do sítio ativo da Mpro. Com base nas sequências dessas fitocistatinas, foram desenhados peptídeos bioinspirados com potencial antiviral. Dois candidatos — KFD-Pep1 (1276,31 Da) e MLL-Pep2 (1294,69 Da) — apresentaram in silico propriedades favoráveis como penetração celular, carga positiva (+3 e +4), hidrofobicidade (50% e 40%), índice de Boman (2,1 e 1,34 kcal/mol), estrutura α- helicoidal, estabilidade intestinal simulada, além de serem preditos como não-hemolíticos e não-alergênicos. MLL-Pep2, em particular, exibiu caráter anfipático. Análises de ancoragem molecular demonstraram que os peptídeos interagem com regiões catalíticas conservadas da Mpro do SARS-CoV-2 (selvagem, mutantes naturais e mutante induzido E166R), SARS-CoV- 1 e MERS-CoV. O perfil ADMET indicou propriedades farmacocinéticas favoráveis e baixa toxicidade, comparáveis ao inibidor clínico nirmatrelvir. Esses achados destacam KFD-Pep1 e MLL-Pep2 como candidatos promissores para estudos in vitro e in vivo, reforçando o potencial dos inibidores de proteases vegetais como fontes para a descoberta de novos antivirais de amplo espectro contra HCoVs.
Abstract: Human coronaviruses (HCoVs) associated with severe infections, such as MERS-CoV, SARS- CoV-1, and SARS-CoV-2, remain a global threat due to limited effective antivirals, reduced efficacy of vaccines against new variants, and the risk of zoonotic outbreaks. The main viral protease (Mpro), essential for replication and highly conserved among HCoVs, represents a key therapeutic target. Given the potential of plant protease inhibitors (PIs) to modulate viral enzymes, this study aimed to identify plant-derived PIs targeting Mpro and evaluate their use as scaffolds for bioinspired antiviral peptides. A structural database of plant PIs was compiled from Protein Data Bank (PDB) entries, focusing on cysteine protease inhibitors. Molecular docking (FRODOCK 3.12 and ClusPro 2.0), molecular dynamics simulations (100 ns, GROMACS 2018.4), and quantum mechanical calculations (DMol3) revealed that phytocystatins from Ananas comosus and Sesamum indicum interact with allosteric sites of Mpro, with interaction energies of -225.7 and -301.9 kcal/mol, respectively. CASTp server analyses indicated that these interactions caused significant reductions in the active site area and volume of Mpro. Based on the sequences of these phytocystatins, two bioinspired peptides were designed — KFD-Pep1 (1276.31 Da) and MLL-Pep2 (1294.69 Da) — showing favorable in silico properties, including predicted cell penetration, positive net charges (+3 and +4), hydrophobicity (50% and 40%), Boman indices (2.1 and 1.34 kcal/mol), α-helical structures, simulated intestinal stability, and predictions of being non-hemolytic and non-allergenic. Notably, MLL-Pep2 also displayed an amphipathic nature. Molecular docking analyses showed that both peptides interact with conserved catalytic regions of Mpro of SARS-CoV-2 (wild- type, naturally occurring mutants, and the E166R-induced mutant), SARS-CoV-1, and MERS- CoV. ADMET profiling predicted favorable pharmacokinetic properties and low toxicity, comparable to the clinically approved inhibitor nirmatrelvir. These findings highlight KFD- Pep1 and MLL-Pep2 as promising candidates for further studies and support plant protease inhibitors as valuable sources for broad-spectrum antiviral development against HCoVs.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/86861
Currículo Lattes do(s) Autor(es): http://lattes.cnpq.br/7202653063994943
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/4151792037839111
Tipo de Acesso: Acesso Embargado
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