Análise in silico e síntese de análogos cumarínicos com potencial de inibição da enzima Monoamina Oxidase do tipo B

Abstract

A enzima monoamina oxidase (MAO) pertence à família das flavoenzimas, ou seja, utiliza o cofator Dinucleotídeo de Flavina e Adenina (FAD) na catálise oxidativa de arilalquilaminas endógenas, como dopamina e serotonina. A isoforma B (MAO B) tem participação na Doença de Parkinson (DP), a qual tem sua expressão aumentada no tecido cerebral, levando à degradação da dopamina, já escassa no local, além da produção de metabólitos tóxicos. Inibidores da MAO B vêm como estratégia para a redução dos danos da DP, sendo os disponíveis para o tratamento da DP a selegilina, a rasagilina e a safinamida, sendo a primeira usada principalmente na fase inicial e as outras na fase avançada da doença. A MAO B exibe um sítio ativo composto por três estruturas: o loop 99-112 que controla a entrada de substrato; a cavidade de entrada; e a cavidade catalítica, formada pelos aminoácidos da “cela aromática” e o FAD, entre outros resíduos. O sítio ativo apresenta grande quantidade de resíduos hidrofóbicos, tendo relevância na seletividade de substratos. Atualmente, o mecanismo de catálise chamado “transferência de hidreto de 2 etapas” é o mais aceito, levando à formação de um aduto covalente com o substrato, sendo parte do mecanismo de formação de ligação covalente de inibidores irreversíveis da MAO B. O desenvolvimento de novos inibidores que possam complementar ou até mesmo substituir os fármacos atuais é de grande interesse, sendo testados diferentes grupos químicos para isso, incluindo os análogos cumarínicos, os quais apresentam potencial para inibição da MAO B. Nesse contexto, o trabalho busca avaliar por meio de ancoramento molecular as interações de quatro análogos que possuem núcleo cumarínico com a MAO B, chamados DCPM (Derivado Cumarínico-Propargílico Metoxilado), DCPE (Derivado Cumarínico-Propargílico Etoxilado), DCAM (Derivado Cumarínico-Alquílico Metoxilado) e DCAE (Derivado Cumarínico-Propargílico Metoxilado), além de propor uma via sintética para sua obtenção. As análises in silico foram realizadas utilizando principalmente o software GOLD para o ancoramento e o software PyMOL para análise de interações e confecção de imagens. Já a síntese foi acompanhada por meio de cromatografia em camada delgada e as caracterizações realizadas por meio de ressonância magnética nuclear de hidrogênio (RMN 1H) e de carbono (RMN 13C) e espectrometria de massas de alta resolução (HRMS). As interações predominantes para os análogos DCPE e DCAM foram as hidrofóbicas, enquanto para o análogo DCPM foram as do tipo dipolo-dipolo induzido, e, no caso do DCAE, ambos os tipos estavam na mesma quantidade. Entre os principais achados, estão a ocorrência de ligações de hidrogênio com a lactona do anel cumarínico, bem como a possibilidade de formação de ligação covalente com o resíduo Cys 172 pelos análogos propargílicos. Ainda, o anel benzênico aparenta ser estabilizado por interações do tipo π-stacking com a “cela aromática” e T-stacking com o anel 1,2-diidropiridina do FAD. Já em relação à síntese, a via dos análogos etoxilados foi primeiramente seguida, porém não finalizada, sendo sintetizado 5 dos intermediários, sendo que 2 são inéditos na literatura. O principal fator limitante da rota é a perda por formação de subprodutos.

The enzyme monoamine oxidase (MAO) belongs to the flavoenzymes family, meaning it utilizes the cofactor Flavin Adenine Dinucleotide (FAD) in the oxidative catalysis of endogenous arylalkylamines, such as dopamine and serotonin. Isoform B (MAO B) plays a role in Parkinson’s Disease (PD), where its expression is increased in brain tissue, leading to dopamine degradation, which is already scarce in the affected area, as well as the production of toxic metabolites. MAO B inhibitors come as a strategy for reducing the damage caused by PD. The available options for PD treatment are selegiline, rasagiline and safinamide. Selegiline is primarily used in the early stages of the disease, while the others are utilized in the advanced phase. MAO B displays an active site composed by three structures: the 99-112 loop that controle substrate entry; the entrance cavity; and the catalytic cavity, formed by the aminoacids from the “aromatic cage” and FAD, among other residues. The active site contains a significant number of hydrophobic residues, which are of utmost importance for substrate selectivity. Currently, the accepted catalytic mechanism, known as “two-step hydride transfer”, leads to the formation of a covalent adduct with the substrate, being part of the process by which irreversible MAO B inhibitors form covalent bonds. The development of new inhibitors that can complement ou even replace current drugs is of great interest, and different chemical groups are being tested for this purpose, including coumarin analogs, which show significant potential for MAO B inhibition. In this context, the study aim to evaluate the interaction of four coumarin analogs, namely DCPM (Methoxylated Propargylic-Coumarin Derivative), DCPE (Ethoxylated Propargylic-Coumarin Derivative), DCAM (Methoxylated Alkyl-Coumarin Derivative) and DCAE (Ethoxylated Alkyl-Coumarin Derivative), with MAO B through molecular docking. Additionally, a synthetic route for their preparation is proposed. In silico analyses were mainly conducted using the GOLD software for docking and the PyMOL software for interaction analysis and image rendering. The synthesis was monitored using thin-layer chromatography and the characterizations were performed using hydrogen nuclear magnetic resonance (1H NMR) and carbon nuclear magnetic resonance (13C NMR), as well as high resolution mass spectroscopy (HRMS). The predominant interactions for the DCPE and DCAM analogs were hydrophobic interactions, while for the DCPM analog, induced dipole-dipole interactions were prominent. In the case of DCAE, both types of interactions were present equally. Among the main findings, it was observed that hydrogen bonds occur with the lactone moiety of the coumarin ring, as well as the potential for covalent bonding with the Cys 172 residue by the propargylic analogs. Furthermore, the benzene ring appears to be stabilized by π-stacking interactions with the "aromatic cage" and T-stacking interactions with the 1,2-dihydropyridine ring of the FAD. Regarding the synthesis, the pathway for the ethoxylated analogs was initially pursued but not completed. Five intermediates were synthesized, with two of them being previously unreported in the literature. The main limiting factor of the route is the loss due to the formation of byproducts.