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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.76.2019.tde-27052020-112506
Document
Author
Full name
Juliana Oliveira de Souza
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2019
Supervisor
Committee
Guido, Rafael Victório Carvalho (President)
Dutra, Marcos Leoni Gazarini
Monte Neto, Rubens Lima do
Title in Portuguese
Descoberta de derivados 4-quinolinonas como candidatos para desenvolvimento de antimaláricos: Caracterização in vitro, ex vivo e mecanismo de ação
Keywords in Portuguese
4-Quinolinonas
Inibidor
Malária
Abstract in Portuguese
A malária é uma doença tropical que causa um impacto considerável na saúde e no desenvolvimento socioeconômico das populações afetadas. O surgimento de resistência aos tratamentos atuais requer o rápido desenvolvimento de medicamentos antimaláricos eficazes. Derivados de quinolinona com diferentes substituintes foram relatados na literatura como potentes compostos com atividade antiplasmodial. Neste trabalho, nosso objetivo foi caracterizar uma série de novos derivados de 4-quinolinona, sintetizados em colaboração com a Prof.ª Arlene Correa (UFSCar) e determinar seu potencial como candidatos líderes para o desenvolvimento de novos antimaláricos. Dos 22 compostos testados, encontramos 9 compostos com atividade antiplasmodial promissora (valores de IC50 entre 0,15 e 8 μM). Os compostos ativos demonstraram bom perfil de segurança in vitro quando testados quanto à atividade hemolítica e contra células de hepatoma humano (HepG2). Os compostos 4, 7 e 22 foram os mais promissores, com potência na faixa submicromolar (valores de IC50 de 0,47, 0,21 e 0,15 μM, respectivamente) e baixa citotoxicidade em células HepG2 (IS de >213, >476 e >333, respectivamente). Os três compostos foram testados contra cepas resistentes de P. falciparum, e não mostraram resistência cruzada. Em seguida, investigamos a suscetibilidade dos isolados clínicos de P. falciparum e P. vivax obtidos na Região Amazônica (Porto Velho, RO) contra os inibidores. Os compostos 4 e 7 foram ativos contra P. falciparum na faixa submicromolar (IC50: 4, 0,58 μM; e 7, 0,49 μM). Os isolados de P. vivax apresentaram valores mais altos de IC50 do que aqueles observados em isolados de P. falciparum (IC50: 4, 3,3 μM; e 7, 1,5 μM). Por meio da avaliação da velocidade e estágio de ação dos compostos, demonstramos que os compostos têm modo de ação lento que afeta principalmente o estágio trofozoíto do parasito. Para avaliar o mecanismo de ação desta série, testamos a atividade inibitória de 4 e 7 contra o citocromo bc1 de P. falciparum. Obtivemos valores de IC50 de 7,2 [5,1 - 8,0] μM e 0,5 [0,45 - 0,57 μM] para esses compostos (valores de IS respectivos de 0,92 e >120 em relação ao bc1 bovino). O composto 4 demonstrou também atividade inibitória contra estágios sexuados do parasito, em ensaio de inibição da conversão a oocineto (IC50 = 0,67 [0,59 - 0,75] μM). Ensaios de combinação realizados com antimaláricos convencionais mostraram que os compostos 4 e 7 tiveram perfil de combinação antagônico quando combinados com cicloguanil, perfil aditivo em combinação com artesunato e atovaquona, e demonstraram combinação sinérgica com o proguanil. Nossos resultados indicam que o composto 7 é o derivado 4-quinolinona mais promissor da série, e possui perfil parasitológico adequado para a descoberta de novos candidatos a composto líder para a malária.
Title in English
Discovery of 4-quinolinone derivatives as candidates for antimalarial development: in vitro, ex vivo and mechanism of action characterization
Keywords in English
4-Quinolinones
Inhibitor
Malaria
Abstract in English
Malaria is a tropical disease that causes a considerable impact on the health and socioeconomical development of affected populations. The development of resistance to current treatments necessitates the rapid development of effective antimalarial drugs. Quinolinone derivatives with different substituents have shown potent antiplasmodial activity in the past. In this work, our goal was to synthesize and characterize a series of new 4-quinolinone derivatives synthesized in collaboration with Prof. Arlene Correa (UFSCar) and determine their potential as lead candidates for the development of new antimalarials. From 22 compounds tested, we found 9 active compounds (IC50 values between 0,15 and 8 μM). All active compounds demonstrated good safety profile when tested for hemolytic activity and against HepG2 cells in the MTT assay. Compounds 4, 7 and 22 were the most promising compounds encountered, with submicromolar potency (IC50 values of 0,47, 0,21 and 0,15 μM, respectively) and good tolerability in hepatoma cells (SI of >213, >476 and >667, respectively). The three compounds were assayed against a panel of resistant P. falciparum strains, and none showed any indication of cross resistance. We then investigated the susceptibility of P. falciparum and P. vivax clinical isolates obtained in the Amazon Region (Porto Velho, RO) against the inhibitors. Both compounds were active against P. falciparum in the submicromolar range (median IC50: 4, 0,58 μM; and 7, 0,49 μM). P. vivax isolates showed higher IC50 values than those observed against P. falciparum isolates (median IC50: 4, 3,3 μM; and 7, 1,5 μM).Using speed and stage of action evaluation, we demonstrated that these compounds have a slow mode of action that affects mainly the trophozoite stage of life of asexual development of the parasite. To evaluate the mechanism of action underlying this series, we tested the inhibitory activity of 4 and 7 against P. falciparum cytochrome bc1. We obtained IC50 values of 7,2 [5,1 - 8,0] μM and 0,5 [0,45 - 0,57] μM for these compounds (respective IS values of 0,92 and >120 relative to the bovine bc1).Compound 4 also demonstrated inhibitory activity against sexual parasite stages in the ookinete conversion inhibition assay (IC50 = 0,67 [0,59 - 0,75] μM). Combination assays performed with conventional antimalarials showed that compounds 4 and 7 had antagonistic combination profile when combined with cycloguanil, additive profile in combination with artesunate and atovaquone, and demonstrated synergistic combination with proguanil. Our results indicate that compound 7 is the most promising 4-quinolinone derivative of the series, with adequate parasitological profile for the discovery of a candidate for antiplasmodial lead compounds.
 
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Publishing Date
2020-05-28
 
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