Planejamento computacional de inibidores da glutationa peroxidase 4 - GPX4

Abstract

A glutationa peroxidase 4 (GPX4) é uma importante enzima antioxidante, que possui a capacidade de reduzir peróxidos inorgânicos e orgânicos em seus respectivos álcoois. A GPX4 é um alvo molecular promissor para induzir morte celular em tumores resistentes. Células tumorais resistentes à quimioterapia tradicional possuem altos níveis de lipídios poli-insaturados e dependência adquirida de GPX4. A inibição da GPX4 é uma das formas de causar morte celular ferroptótica, pois é uma das principais enzimas capazes de impedir peroxidação lipídica em membranas. Alguns inibidores de GPX4 já mostraram resultados promissores em linhagens tumorais e em modelos animais. Entretanto, essas moléculas não possuem algumas das características farmacocinéticas necessárias para se tornarem compostos líderes. Dessa forma, encontrar novas moléculas inibidoras (hits) de GPX4 a partir dos inibidores já existentes, é uma estratégia interessante. No presente trabalho, foram utilizadas metodologias computacionais para identificar novos inibidores de GPX4 em dois sítios de interação: na selenocisteína 47 e na cisteína 66. Dentre as principais metodologias utilizadas estão: a triagem virtual baseada na estrutura do ligante, o cálculo de propriedades farmacocinéticas e toxicológicas, o docking consensus e análise de predição da atividade biológica. Além disso foi realizado o estudo das interações intermoleculares entre o alvo molecular e as pequenas moléculas. Como principais resultados, obtivemos 7 pequenas moléculas promissoras denominadas nesse estudo como 395 (top1), 275 (top2), 241 (top3), new344 (top4), 344 (top5), 135 (top6) e 268 (top7). Todas essas moléculas apresentam algumas características em comum, tais como: a presença de anel tiofeno e de grupamentos amida, a ausência de toxicidade Herg e o respeito às regras de Lipinski. Além disso, 3 das moléculas encontradas também apresentaram o potencial de realizar ligações de hidrogênio com a Glicina 47, e 4 moléculas também de realizar ligações de hidrogênio com a água 441. Essas interações são importantes pois as mesmas também ocorrem na estrutura cristalográfica 6HKQ. Dessa forma, apresentamos como perspectiva futura desse trabalho o estudo mais focado das 7 moléculas promissoras encontradas, podendo ser realizados estudos de dinâmica molecular e também ensaios in vitro em modelos de ferroptose.

Abstract: Glutathione peroxidase 4 (GPX4) is an important antioxidant enzyme that reduces inorganic and organic peroxides in their respective alcohols. GPX4 is a promising molecular target to induce cell death in resistant tumors. Tumor cells resistant to traditional chemotherapy have high levels of polyunsaturated lipids and acquired dependence of GPX4. Inhibition of GPX4 is one of the ways to cause ferroptotic cell death, as it is one of the main enzymes capable of preventing lipid peroxidation in membranes. Some GPX4 inhibitors have already shown promising results in tumor lines and in animal models. However, these molecules lack some of the pharmacokinetic characteristics to become lead compounds. Thus, finding new GPX4 inhibitory molecules (hits) from existing inhibitors is an interesting strategy. In this present work, computational methodologies are used to identify new molecules that inhibit GPX4 in two different binding sites: the SEC47 and the CYS66. As a methodology, we use the Ligand-based virtual screening, the calculation of molecule pharmacokinetic and toxicological properties, the consensus docking and the analysis of prediction of biological activity. In addition, the study of intermolecular interactions between the target and small molecules was carried out. As mainly results, we found 7 promising small molecules called in these study as 395 (top1), 275 (top2), 241 (top3), new344 (top4), 344 (top5), 135 (top6) and 268 (top7). All these molecules showed some common features, such as: the presence of thiophen ring and presence of amide groups, the absence of Herg toxicity and were alligned with the Lipinski Rules. Furthermore, 3 molecules also share the potential to perform hydrogen bonds with Glycine 47, and 4 molecules also share the potential to perform hydrogen bonds with water 441. These interactions are important because the same interactions also occur in the 6HKQ crystallographic structure. Therefore, we presented as a future perspective of this work, a study more focused on these 7 potential molecules, performing molecular dynamic simulations and also in vitro assays in ferroptose models.