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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-2347-9515
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Otimização hit-to-lead de derivados de pirazinilpiperazinas e tiazóis contra a doença de Chagas e leishmaniose
Alternate title (s): Hit-to-lead optimization of pyrazinylpiperazine and thiazole derivatives against Chagas disease and leishmaniasis
Author: Jacques Dit Lapierre, Thibault Joseph William
First Advisor: Rezende Júnior, Celso de Oliveira
First member of the Committee: Danuello Pivatto, Amanda
Second member of the Committee: Dias, Luiz Carlos
Third member of the Committee: Emery, Flávio da Silva
Fourth member of the Committee: Amarante, Giovanni Wilson
Summary: Este trabalho detalha a otimização hit-to-lead de duas séries de compostos contra a leishmaniose visceral e a doença de Chagas, duas doenças tropicais negligenciadas (DTNs) parasitárias. A série das pirazinilpiperazinas foi otimizada contra leishmaniose visceral a partir do hit 1, proveniente da LeishBox, alvejando o parasita Leishmania infantum. Tal otimização envolveu um estudo extenso de relação estrutura-atividade, realizado nos três fragmentos estruturais de 1. A primeira etapa da otimização focada no fragmento benzoíla identificou onze compostos com pelo menos o dobro da potência e da seletividade de 1. Um destes foi o derivado para-hidroxila 6, que permaneceu o candidato mais promissor para estudos in vivo após explorar 75 compostos com modificações em todos os fragmentos estruturais da série. A determinação in vitro do perfil ADME dele e de outros candidatos relevantes a estudos in vivo o confirmou como o mais indicado para tais estudos. Após reduzir a carga parasitária por mais de 90% em modelos da doença em camundongos, este derivado para-hidroxila de pirazinilpiperazina foi identificado como um novo composto lead para o tratamento da leishmaniose visceral, e a investigação do seu mecanismo de ação foi iniciada. A série dos tiazóis foi derivada do composto 2, identificado in silico e validado in vitro como sendo um composto hit contra parasitas Trypanosoma. Este status contra Trypanosoma cruzi foi confirmado no presente trabalho, e foi ampliado de hit antitripanosomal para hit anti-kinetoplastida após confirmar sua atividade contra Leishmania infantum. Estudos de relação estrutura-atividade subsequentes identificaram vários tiazóis potentes contra cada parasita, com a série apresentando padrões de atividade radicalmente diferentes a depender do alvo parasitário, com compostos ativos contra Trypanosoma cruzi sendo inativos contra Leishmania infantum e inversamente. Após o estudo de vinte derivados, o hit inicial 2 permaneceu o tiazol mais potente contra Trypanosoma cruzi, embora um outro derivado também tenha apresentado uma atividade de nível nanomolar, porém inferior a 2. No entanto, 2 e os derivados mais potentes contra Trypanosoma cruzi enfrentaram limitações devidas à instabilidade metabólica deles, os impedindo de chegar a estudos in vivo apesar de terem um mecanismo de ação promissor, conforme investigações in vitro. Esta limitação metabólica foi finalmente superada pelas diaminas 99 e 100, que foram, juntas com 2, os tiazóis mais potentes contra Leishmania infantum, assim resultando na identificação de dois novos tiazóis candidatos a lead contra leishmaniose visceral.
Abstract: This work details the hit-to-lead optimization of two series of compounds against two parasitic neglected tropical diseases (NTDs), visceral leishmaniasis and Chagas disease. The pyrazinylpiperazine series was optimized from the LeishBox hit 1 against visceral leishmaniasis, targeting Leishmania infantum. Such optimization was achieved after an extensive structure-activity relationship study, carried out on all three structural fragments of 1. The first round of optimization, focused on the benzoyl fragment, delivered eleven compounds at least twice as potent and selective as 1. One of these was the para-hydroxyl derivative 6, which remained the most promising candidate for in vivo studies after exploring 75 compounds featuring modifications on all three structural fragments of the series. In vitro determination of its ADME profile, alongside other relevant in vivo candidates, confirmed 6 as the most relevant one for such an assessment. After reducing the parasitemia by over 90% in a BALB/c mice model of visceral leishmaniasis, this para-hydroxyl pyrazinylpiperazine derivative was effectively identified as a new lead compound for the treatment of visceral leishmaniasis, and an early investigation of its mechanism of action and molecular target was performed. The thiazole series was derived from compound 2, identified in silico and confirmed in vitro as a hit against Trypanosoma parasites. Such a status against Trypanosoma cruzi was further confirmed in the present work, and was extended from antitrypanosomal hit to anti-kinetoplastid hit after confirming its activity against Leishmania infantum. Thence, subsequent structure-activity relationship efforts identified several potent thiazole derivatives against either parasite, though the series showed radically different patterns of activity depending on the target parasite, leaving compounds active against Trypanosoma cruzi inactive against Leishmania infantum, and the other way around. After the assessment of twenty derivatives, the initial hit 2 remained the most potent thiazole against Trypanosoma cruzi, though another derivative displayed activity in the nanomolar range as well, albeit being less potent than 2. However, 2 and the most potent derivatives against Trypanosoma cruzi faced heavy limitations due to metabolic instability, preventing them from reaching in vivo assessment, despite showing a promising mechanism of action according to in vitro investigations. This metabolic liability was finally overcome by the two diamine derivatives 99 and 100, which were together with 2 the most potent thiazoles against Leishmania infantum, thus resulting in the identification of two new thiazole lead candidates against visceral leishmaniasis.
Keywords: Leishmania infantum
Trypanosoma cruzi
perfil farmacocinético
pharmacokinetics
descoberta de fármacos
drug discovery
descoberta de lead
lead discovery
mecanismo de ação
mechanism of action
Area (s) of CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::QUIMICA ORGANICA
Subject: Química
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Química
Quote: JACQUES DIT LAPIERRE, Thibault Joseph William. Otimização hit-to-lead de derivados de pirazinilpiperazinas e tiazóis contra a doença de Chagas e leishmaniose. 2025. 328 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.174
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2025.174
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/44992
Date of defense: 27-Feb-2025
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 3. Saúde e bem-estar - Assegurar uma vida saudável e promover o bem-estar para todos, em todas as idades.
Appears in Collections:TESE - Química

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