Identification of alkaloids in the Caliphuria subedentata as potential drug candidates to Alzheimer\'s Disease

A doença de Alzheimer (DA) é uma doença neurodegenerativa progressiva crônica multifatorial caracterizada por perda drástica de memória, alterações comportamentais e declínio da função cognitiva. As enzimas acetilcolinesterase (AChE) e butirilcolinesterase (BChE) são glicoproteínas que possuem a capacidade para degradar acetilcolina (ACh). Entres as muitas vias de sinalização aberrantes da DA, alvos muito importantes como a enzima glicogênio sintase quinase 3 beta (GSK-3β) tem sido mostrada por ter um papel importante no processo de ativação da proteína tau por meio de fosforilação. Sabe-se também que os agonistas de PPAR-γ reduzem patologias relacionadas às placas amiloides e à proteína e tau, inibem a neuroinflamação e melhoram a memória em pacientes com DA de leve a moderada. O objetivo deste trabalho foi de avaliar as interações entre os alcaloides presentes em Caliphruria subedentata por meio de docking molecular com os alvos AChE, BChE, GSK-3β e PPAR-γ, bem como analisar as características físico-químicas presentes nestes alcaloides a fim de identificar os potenciais candidatos a fármacos para a DA. Os softwares UFSC Chimera, PyMOL, Discovery Studio e Open Babel foram utilizados para a visualização e preparação das estruturas dos receptores e ligantes. O software AutoDock Vina foi utilizado para o docking molecular. As características físico-químicas foram previstas por meio do software SwissADME. As propriedades toxicológicas foram previstas por meio do software ProTox II e simulações dos complexos resultantes foram realizados por meio do software GROMACS. Os resultados obtidos por docking molecular indicam que os alcaloides homolicorina e licorina podem ser potenciais inibidores de AChE, BChE e GSK-3β, apresentando energia livre de interação de -9.4 kcal/mol, -9.7 kcal/mol e -9.2 kcal/mol, respectivamente. Para o receptor PPAR-γ, a energia livre de interação (-7.8 kcal/mol), as interações moleculares e análises de RMSF indicam que o ligante haemantamina pode atuar como um agonista parcial. As análises realizadas por dinâmica molecular indicam que os complexos resultantes do processo de ancoragem molecular entre homolicorina e licorina com os resceptores AChE, BChE e GSK-3 permanecem estáveis durante o tempo de 100ns, enquanto a molécula haemantamina permanece estável no receptor PPAR-γ no período de 200ns. A média dos valores de RMSD para os complexos AChE/homolicorina, BChE/homolicorina, GSK-3β e PPAR-γ foram de 1.70 ± 0.12 Å, 1.46 ± 0.14 Å, 1.82 ± 0.17 Å e 2.54 ± 0.25 Å, respectivamente. O complexo PPAR-γ/haemantamina foi submetido a simulação no tempo de 200ns e os resultados obtidos indicam a estabilidade do complexo bem como a movimentação da hélice H12. Três novos alcaloides identificados neste estudo apresentam características que podem ser favoráveis para serem consideradas potenciais candidatos a novos fármacos para a doença de Alzheimer.Alzheimer\'s disease (AD) is a multifactorial chronic progressive neurodegenerative disease characterized by drastic memory loss, behavioral changes and decline in cognitive function. Acetylcholinesterase (AChE) and butyrylcholinesterase (BChE) enzymes are glycoproteins that have the ability to degrade acetylcholine (ACh). Among many aberrant signalling pathways in AD, a plenty of important targets such as the glycogen synthase kinase 3 beta (GSK-3β) enzyme have been shown to have an important role in the process activation of the tau protein through phosphorylation. It is also known that PPAR-γ agonists reduce pathologies associated to amyloid plaques and tau protein, inhibit neuroinflammation and improve memory in the patients with mild to moderate AD. The objective of this work was to evaluate the interactions between the alkaloids present in the Caliphruria subedentata through molecular docking with AChE, BChE, GSK-3β and PPAR-γ targets, as well as to analyze the physicochemical characteristics present in these alkaloids in order to identify potential drug candidates for Alzheimer\'s disease. The UFSC Chimera, PyMOL, Discovery Studio and Open Babel softwares were used for the structure visualization and preparation of the receptors and ligands. The AutoDock Vina software was used for molecular docking. The physycochemical characteristics were analyzed using the SwissADME software. The toxicological properties were identified using the ProTox II software and the molecular dynamics simulation of the complexes generated by molecular docking was performed using the GROMACS software. The molecular docking results indicate that the homolycorine and lycorine alkaloids act in the AChE, BChE and GSK-3β inhibition, presenting interaction-free energy of -9.4 kcal/mol, -9.7 kcal/mol and -9.2 kcal/mol, respectively. For the PPAR-γ receptor, the interaction-free energy (-7.8 kcal/mol) molecular interactions, and RMSF analysis show that the haemanthamine ligand can act as a partial agonist. The analysis performed by molecular dynamics indicate that the complexes remain stable during the time of 100ns, while the hemantamine molecule remains stable in the PPAR-γ receptor for the period of 200ns. The average RMSD values for the AChE/homolycorine, BChE/homolycorine, GSK-3β and PPAR-γ complexes were 1.70 ± 0.12 Å, 1.46 ± 0.14 Å, 1.82 ± 0.17 Å and 2.54 ± 0.25 Å, respectively. A simulation of 200 ns was carried out for the PPAR-γ/haemanthamine complex and the results obtained show the complex stability and the H12 helix movement. Three new alkaloids identified in this study have favourable characteristics that may be considered potential candidates to generate new drugs for Alzheimer\'s disease