Investigação computacional da INHHQ como atenuante da interação metal-proteína na proteína beta amiloide

Alzheimer’s disease (AD) is a neurodegenerative disease characterized by progressive loss of cognitive abilities affecting memory, language, logical thinking and other capacities related to the brain. On the molecular view, it is observed large deposits of extracellular senile plaques formed by amyloid beta peptide (Ab) and intracellular neurofibrillary tangles formed by tau protein. The metals iron, zinc and copper are also found in high concentrations in the plaques. The metallic hypothesis is based on the role of these metals, which enhance Ab precipitation in in vitro experiments and on the redox activity of iron and copper, which can form reactive oxygen species (ROS). The metal-protein attenuating compounds (MPAC) emerged as a class of compounds able to reduce metal concentration, where they could act reaching the metallic site in the peptide and redistribute the metals after coordination through the brain, reestablishing the metallic homeostasis. Hauser-Davis et al. (2015) firstly described the ligand INHHQ (isonicotinoyl hydrazone of 8-hydroxyquinoline-2-carboxaldehyde) as a potential MPAC candidate, as it showed great ability to bind to zinc(II) and copper(II) compared to Ab. INHHQ was also tested with -synuclein, a protein associated with Parkinson’s disease, and showed great results removing copper(I) and copper(II) ions from the protein structure. These results contribute to increase the interest in a better description of its function as a MPAC. The present work aimed to propose and evaluate a mechanism of action of INHHQ as an MPAC for zinc coordinated to Ab. Two mimetic models were created for the quantum calculations (QM) to obtain the energies involved in each step of the mechanism. Molecular dynamics simulations were also used and the whole peptide was simulated in different steps of the mechanism. The INHHQ structure is very flexible on the dynamics simulation, what indicates its ability to dock on the Ab structure. The formation of the zinc complex [Zn(INHHQ)(H2O)2]2+ was also studied and its free energy of formation showed a very spontaneous reaction with G = -14,335 kcal mol-1. The simulations with INHHQ and the peptide clearly point towards weak interactions between the species, which maintain both interacting through hydrophobic and -stacking interactions. Only few hydrogen bonds were formed between the ligand and Ab. For both QM models the adduct formation is the thermodynamically less favorable step with G = +23,87 kcal mol-1 obtained for one of the models. This same model showed a global energy of G = +11,73 kcal mol-1, what makes it a feasible process to occur in the biological environment.A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa caracterizada pela perda progressiva da capacidade cognitiva, afetando a memória, a linguagem, o raciocínio lógico e outras capacidades associadas ao cérebro. Do ponto de vista molecular são observados no cérebro depósitos de placas senis extracelulares formados pelo peptídeo beta amiloide (Ab) e emaranhados neurofibrilares intracelulares formados pela proteína tau. Além da Ab, são observadas altas concentrações dos metais ferro, cobre e zinco nas placas senis. A hipótese metálica se baseia no papel desses metais no aumento significativo da precipitação e agregação do peptídeo Ab in vitro, além do papel redox dos íons de ferro e cobre na formação de espécies reativas de oxigênio (ERO). Uma forma de reduzir a concentração desses metais pode ser feita com compostos atenuantes da interação metal-proteína (do inglês MPAC). Esse grupo de compostos seria capaz de atingir o sítio metálico nas proteínas/peptídeos e, ao se coordenarem, deslocariam o metal para outras regiões do cérebro reestabelecendo a homeostase. O INHHQ (8-hidroxiquinol-2-carboxaldeido isonicotinoil-hidrazona) foi primeiramente descrito por Hauser-Davis et al. (2015) como potencial candidato a MPAC com base em sua capacidade de competir pelos íons zinco(II) e cobre(II) frente ao peptídeo Ab. O INHHQ também foi testado frente à proteína -sinucleína, envolvida na doença de Parkinson, se mostrando bastante efetivo na remoção dos íons cobre(I) e cobre(II), o que despertou maior interesse em estudar melhor sua função como MPAC. Nesse contexto, o presente trabalho buscou propor um mecanismo de ação do INHHQ como MPAC capturando o íon zinco(II) na estrutura do peptídeo Ab. Foram realizados cálculos quânticos com dois modelos miméticos para obtenção das energias envolvidas no mecanismo proposto, além de cálculos de dinâmica molecular do peptídeo em diferentes etapas do mecanismo. O INHHQ apresentou estrutura bastante flexível nas simulações de dinâmica, dando indicativos da sua capacidade de ancoragem na estrutura do peptídeo. A formação do complexo [Zn(INHHQ)(H2O)2]2+ também foi estudada, sendo bastante espontânea com energia de formação G = -14,335 kcal mol-1 considerando o íon zinco(II) livre. As interações hidrofóbicas e -stacking se mostraram dominantes na interação entre INHHQ e o peptídeo, havendo formação de poucas ligações de hidrogênio entre essas espécies. Da proposta de mecanismo, a formação do aduto se mostrou a etapa termodinamicamente menos favorável, chegando a atingir valores de G = +23,87 kcal mol-1 para um dos modelos utilizados. Nesse mesmo modelo a reação global teve G = +11,73 kcal mol-1, um valor bastante interessante e possível de ser observado em meio biológico.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio