O câncer consiste em uma série de doenças que tem em comum o crescimento desordenado de células. Os microtúbulos, componentes principais do citoesqueleto das células eucariotas, são polímeros formados por heterodímeros de α/β-tubulina. Estão envolvidos na motilidade, transporte e formação da estrutura celular. Portanto, o desenvolvimento de agentes citotóxicos que atuem sobre os microtúbulos é de grande importância na terapia de diversas doenças, incluindo o câncer. Neste trabalho, estudos computacionais foram desenvolvidos para estimar a capacidade de moléculas se ligarem ao domínio de ligação da colchicina nas isoformas β_IIB e β_III da tubulina. Estas moléculas impedem a polimerização dos microtúbulos durante o processo de divisão celular e, portanto, podem atuar como compostos anticâncer. Foram realizados estudos de docagem molecular para um conjunto de compostos com propriedades anticâncer. Os resultados serviram de base para a realização de simulações de dinâmica molecular dos sistemas proteína-ligante. As simulações de dinâmica molecular, em conjunto com análises de clustering de conformações, apontaram a estabilidade dos compostos no domínio de ligação da colchicina. Adicionalmente, a formação de redes de moléculas de água que atuam como estabilizadoras dos ligantes no sítio de interação foi investigada. As moléculas de água que interagem com a colchicina no seu domínio de ligação foram analisadas usando uma série de estruturas cristalográficas de alta resolução das isoformas α_IB/β_IIB da tubulina. Em seguida, foram gerados modelos dos dímeros α_IB/β_IIB e α_IB/β_III da tubulina humana ligados à colchicina. A partir destes modelos, foram realizadas simulações de dinâmica molecular que indicaram o papel chave do resíduo Ser241B na formação da rede de águas na isoforma β_III. Este achado corrobora a atividade apresentada em ensaios in vitro realizados com essa isoforma. Estes resultados revelam aspectos moleculares importantes para o reconhecimento intermolecular entre a tubulina e seu ligantes, destacando o papel essencial desempenhado por moléculas de água estruturais. Estas descobertas são úteis para o planejamento de novos inibidores da polimerização da tubulina e para o desenvolvimento de candidatos a fármacos mais eficazes para o tratamento do câncer.

Cancer consists of a series of diseases that have in common the uncontrolled growth of cells. Microtubules, the major components of the cytoskeleton of eukaryotic cells, are polymers formed by α/β-tubulin heterodimers. They are involved in motility, transport, and formation of cell structure. Therefore, the development of cytotoxic agents that act on microtubules is highly important for the treatment of several diseases, including cancer. In this work, computational studies were developed to estimate the ability of molecules to interact with the colchicine binding domain in β_IIB and β_III tubulin isoforms. These molecules prevent the polymerization of microtubules during the process of cell division and, therefore, can act as anticancer compounds. Molecular docking studies were carried out for a set of compounds with anticancer properties. These results served as the basis for carrying out molecular dynamics simulations of the protein-ligand systems. The molecular dynamics, along with conformational cluster analysis, demonstrated the stability of the compounds in the colchicine binding domain. Additionally, the formation of networks of water molecules that stabilize the compounds at the binding site was investigated. The water molecules that interact with colchicine in its binding domain were investigated using a series of high-resolution crystallographic structures of the α_IB/β_IIB tubulin isoforms. Subsequently, models of the α_IB/β_IIB and α_IB/β_III dimers of human tubulin bound to colchicine were generated. Based on these models, molecular dynamics simulations were performed and indicated the key role played by Ser241B in the formation of the water network in the β_III isoform. This finding corroborates the activity of in vitro assays performed with this isoform. These results reveal important molecular aspects for the intermolecular recognition between tubulin and its ligands, highlighting the essential role played by structural water molecules. These findings are useful for the design of novel tubulin polymerization inhibitors and for the development of more effective drug candidates for the treatment of cancer.