QCA Systolic array design

Quantum-dot Cellular Automata (QCA) technology is a promising potential alternative to CMOS technology. To explore the characteristics of QCA and suitable design methodologies, digital circuit design approaches have been investigated. Due to the inherent wire delay in QCA, pipelined architectures appear to be a particularly suitable design technique. Also, because of the pipeline nature of QCA technology, it is not suitable for complicated control system design. Systolic arrays take advantage of pipelining, parallelism and simple local control. Therefore, an investigation into these architectures in QCA technology is provided in this paper. Two case studies, (a matrix multiplier and a Galois Field multiplier) are designed and analyzed based on both multilayer and coplanar crossings. The performance of these two types of interconnections are compared and it is found that even though coplanar crossings are currently more practical, they tend to occupy a larger design area and incur slightly more delay. A general semi-conductor QCA systolic array design methodology is also proposed. It is found that by applying a systolic array structure in QCA design, significant benefits can be achieved particularly with large systolic arrays, even more so than when applied in CMOS-based technology.

Addressing Selective Polypharmacology of Antipsychotic Drugs Targeting the Bioaminergic Receptors through the Receptor Dynamic Conformational Ensembles

Selective polypharmacology, where a drug acts on multiple rather than single molecular targets involved in a disease, emerges to develop a structure-based system biology approach to design drugs selectively targeting a disease-active protein network. We focus on the bioaminergic receptors that belong to the group of integral membrane signalling proteins coupled to the G protein and represent targets for therapeutic agents against schizophrenia and depression. Among them, it has been shown that the serotonin (5-HT2A and 5-HT6), dopamine (D2 and D3) receptors induce a cognition-enhancing effect (group 1), while the histamine (H1) and serotonin (5-HT2C) receptors lead to metabolic side effects and the 5-HT2B serotonin receptor causes pulmonary hypertension (group 2). Thus, the problem arises to develop an approach that allows identifying drugs targeting only the disease-active receptors, i.e. group 1. The recent release of several crystal structures of the bioaminergic receptors, involving the D3 and H1 receptors provides the possibility to model the structures of all receptors and initiate a study of the structural and dynamic context of selective polypharmacology. In this work, we use molecular dynamics simulations to generate a conformational space of the receptors and subsequently characterize its binding properties applying molecular probe mapping. All-against-all comparison of the generated probe maps of the selected diverse conformations of all receptors with the Tanimoto similarity coefficient (Tc) enable to separate the receptors of group 1 from group 2. The pharmacophore built based on the Tc-selected receptor conformations, using the multiple probe maps discovers structural features that can be used to design molecules selective towards the receptors of group 1. The importance of several predicted residues to ligand selectivity is supported by the available mutagenesis and ligand structure-activity relationships studies. In addition, the Tc-selected conformations of the receptors for group 1 show good performance in isolation of known ligands from a random decoy. Our computational structure-based protocol to tackle selective polypharmacology of antipsychotic drugs could be applied for other diseases involving multiple drug targets, such as oncologic and infectious disorders.

À la recherche d'un cadre théorique pour la pratique du design graphique

Les schémas en annexe ont été réalisés avec le logiciel Adobe Illustrator.

Étude structure-fonction des fructose-1,6-bisphosphate aldolases métallo-dépendantes : mécanisme catalytique et développement d’antimicrobiens

Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation réversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycéraldéhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyacétone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffèrent au niveau de leur mécanisme catalytique. Les classes I passent par la formation d’un intermédiaire covalent de type iminium alors que les classes II, métallodépendantes, utilisent généralement un zinc catalytique. Contrairement au mécanisme des classes I qui a été très étudié, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse détaillée de leur mécanisme réactionnel en nous basant principalement sur la résolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes à haute résolution furent obtenus et ont permis de détailler le rôle de plusieurs résidus du site actif de l’enzyme. Nous avons ainsi corrigé l’identification du résidu responsable de l’abstraction du proton de l’O4 du FBP, une étape cruciale du mécanisme. Ce rôle, faussement attribué à l’Asp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par l’His180, un des résidus coordonant le zinc. L’Asp82 n’en demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre étude met en évidence le caractère dynamique de notre enzyme dont la catalyse nécessite la relocalisation du zinc et de nombreux résidus. La dynamique de la protéine ne permet pas d’étudier tous les aspects du mécanisme uniquement par l’approche cristallographique. En particulier, le résidu effectuant le transfert stéréospécifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situé sur une boucle qui n’est visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc développé un protocole de dynamique moléculaire afin d’étudier sa dynamique. Validé par l’étude d’inhibiteurs de la classe I, l’application de notre protocole aux FBPA de classe II a confirmé l’identification du résidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un résidu diffèrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations expérimentales confirment ces observations et seront consolidées dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protéome humain mais sont retrouvées chez de nombreux pathogènes, pouvant même s'y révéler essentielles. Elles apparaissent donc comme étant une cible idéale pour le développement de nouveaux agents anti-microbiens. L’obtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intérêt, obtenir de nouveaux outils d’étude du mécanisme mais aussi développer des molécules à visée pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimisé le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composés obtenus, à la fois plus spécifiques et plus puissants, permettent d’envisager une utilisation pharmacologique. En somme, c’est par l’utilisation de techniques complémentaires que de nouveaux détails moléculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu être étudiés. Ces techniques permettront d’approfondir la compréhension fine du mécanisme catalytique de l’enzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thérapeutiques.

Conception, synthèse et diversification de l'azaGly-Pro : un mime de tour beta, outil d'étude structure-activité : application au développement d'un nouvel agent tocolytique

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

Molecular modelling studies of binding of DACD derivatives into G-Quadruplex DNA: comparison of force field and quantum polarized ligand docking methods

The DNA G-qadruplexes are one of the targets being actively explored for anti-cancer therapy by inhibiting them through small molecules. This computational study was conducted to predict the binding strengths and orientations of a set of novel dimethyl-amino-ethyl-acridine (DACA) analogues that are designed and synthesized in our laboratory, but did not diffract in Synchrotron light.Thecrystal structure of DNA G-Quadruplex(TGGGGT)4(PDB: 1O0K) was used as target for their binding properties in our studies.We used both the force field (FF) and QM/MM derived atomic charge schemes simultaneously for comparing the predictions of drug binding modes and their energetics. This study evaluates the comparative performance of fixed point charge based Glide XP docking and the quantum polarized ligand docking schemes. These results will provide insights on the effects of including or ignoring the drug-receptor interfacial polarization events in molecular docking simulations, which in turn, will aid the rational selection of computational methods at different levels of theory in future drug design programs. Plenty of molecular modelling tools and methods currently exist for modelling drug-receptor or protein-protein, or DNA-protein interactionssat different levels of complexities.Yet, the capasity of such tools to describevarious physico-chemical propertiesmore accuratelyis the next step ahead in currentresearch.Especially, the usage of most accurate methods in quantum mechanics(QM) is severely restricted by theirtedious nature. Though the usage of massively parallel super computing environments resulted in a tremendous improvement in molecular mechanics (MM) calculations like molecular dynamics,they are still capable of dealing with only a couple of tens to hundreds of atoms for QM methods. One such efficient strategy that utilizes thepowers of both MM and QM are the QM/MM hybrid methods. Lately, attempts have been directed towards the goal of deploying several different QM methods for betterment of force field based simulations, but with practical restrictions in place. One of such methods utilizes the inclusion of charge polarization events at the drug-receptor interface, that is not explicitly present in the MM FF.

Conductance of amyloid β based peptide filaments: structure–function relations.

Controlling the morphology of self-assembled peptide nanostructures, particularly those based on amyloid peptides, has been the focus of intense research. In order to exploit these structures in electronic applications, further understanding of their electronic behavior is required. In this work, the role of peptide morphology in determining electronic conduction along self-assembled peptide nanofilament networks is demonstrated. The peptides used in this work were based on the sequence AAKLVFF, which is an extension of a core sequence from the amyloid b peptide. We show that the incorporation of a non-natural amino acid, 2-thienylalanine, instead of phenylalanine improves the obtained conductance with respect to that obtained for a similar structure based on the native sequence, which was not the case for the incorporation of 3-thienylalanine. Furthermore, we demonstrate that the morphology of the self-assembled structures, which can be controlled by the solvent used in the assembly process, strongly affects the conductance, with larger conduction obtained for a morphology of long, straight filaments. Our results demonstrate that, similar to natural systems, the assembly and folding of peptides could be of great importance for optimizing their function as components of electronic devices. Hence, sequence design and assembly conditions can be used to control the performance of peptide based structures in such electronic applications.

Insights into dietary flavonoids as molecular templates for the design of anti-platelet drugs

Flavonoids are low-molecular weight, aromatic compounds derived from fruits, vegetables, and other plant components. The consumption of these phytochemicals has been reported to be associated with reduced cardiovascular disease (CVD) risk, attributed to their anti-inflammatory, anti-proliferative, and anti-thrombotic actions. Flavonoids exert these effects by a number of mechanisms which include attenuation of kinase activity mediated at the cell-receptor level and/or within cells, and are characterized as broad-spectrum kinase inhibitors. Therefore, flavonoid therapy for CVD is potentially complex; the use of these compounds as molecular templates for the design of selective and potent small-molecule inhibitors may be a simpler approach to treat this condition. Flavonoids as templates for drug design are, however, poorly exploited despite the development of analogues based on the flavonol, isoflavonone, and isoflavanone subgroups. Further exploitation of this family of compounds is warranted due to a structural diversity that presents great scope for creating novel kinase inhibitors. The use of computational methodologies to define the flavonoid pharmacophore together with biological investigations of their effects on kinase activity, in appropriate cellular systems, is the current approach to characterize key structural features that will inform drug design. This focussed review highlights the potential of flavonoids to guide the design of clinically safer, more selective, and potent small-molecule inhibitors of cell signalling, applicable to anti-platelet therapy.

Investigating flavonoids as molecular templates for the design of small-molecule inhibitors of cell signaling

Epidemiological and clinical trials reveal compelling evidence for the ability of dietary flavonoids to lower cardiovascular disease risk. The mechanisms of action of these polyphenolic compounds are diverse, and of particular interest is their ability to function as protein and lipid kinase inhibitors. We have previously described structure-activity studies that reinforce the possibility for using flavonoid structures as templates for drug design. In the present study, we aim to begin constructing rational screening strategies for exploiting these compounds as templates for the design of clinically relevant, antiplatelet agents. We used the platelet as a model system to dissect the structural influence of flavonoids, stilbenes, anthocyanidins, and phenolic acids on inhibition of cell signaling and function. Functional groups identified as relevant for potent inhibition of platelet function included at least 2 benzene rings, a hydroxylated B ring, a planar C ring, a C ring ketone group, and a C-2 positioned B ring. Hydroxylation of the B ring with either a catechol group or a single C-4' hydroxyl may be required for efficient inhibition of collagen-stimulated tyrosine phosphorylated proteins of 125 to 130 kDa, but may not be necessary for that of phosphotyrosine proteins at approximately 29 kDa. The removal of the C ring C-3 hydroxyl together with a hydroxylated B ring (apigenin) may confer selectivity for 37 to 38 kDa phosphotyrosine proteins. We conclude that this study may form the basis for construction of maps of flavonoid inhibitory activity on kinase targets that may allow a multitargeted therapeutic approach with analogue counterparts and parent compounds.

Quantitative structure-activity relationships for a series of inhibitors of cruzain from Trypanosoma cruzi: Molecular modeling, CoMFA and CoMSIA studies

Human parasitic diseases are the foremost threat to human health and welfare around the world. Trypanosomiasis is a very serious infectious disease against which the currently available drugs are limited and not effective. Therefore, there is an urgent need for new chemotherapeutic agents. One attractive drug target is the major cysteine protease from Trypanosoma cruzi, cruzain. In the present work, comparative molecular field analysis (CoMFA) and comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA) studies were conducted on a series of thiosemicarbazone and semicarbazone derivatives as inhibitors of cruzain. Molecular modeling studies were performed in order to identify the preferred binding mode of the inhibitors into the enzyme active site, and to generate structural alignments for the three-dimensional quantitative structure-activity relationship (3D QSAR) investigations. Statistically significant models were obtained (CoMFA. r(2) = 0.96 and q(2) = 0.78; CoMSIA, r(2) = 0.91 and q(2) = 0.73), indicating their predictive ability for untested compounds. The models were externally validated employing a test set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results. The final QSAR models and the information gathered from the 3D CoMFA and CoMSIA contour maps provided important insights into the chemical and structural basis involved in the molecular recognition process of this family of cruzain inhibitors, and should be useful for the design of new structurally related analogs with improved potency. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Discovery of novel Trypanosoma cruzi glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase inhibitors

Based on its essential role in the life cycle of Trypanosoma cruzi, the glycolytic enzyme glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) has been considered a promising target for the development of novel chemotherapeutic agents for the treatment of Chagas` disease. In the course of our research program to discover novel inhibitors of this trypanosomatid enzyme, we have explored a combination of structure and ligand-based virtual screening techniques as a complementary approach to a biochemical screening of natural products using a standard biochemical assay. Seven natural products, including anacardic acids,. avonoid derivatives, and one glucosylxanthone were identified as novel inhibitors of T. cruzi GAPDH. Promiscuous inhibition induced by nonspecific aggregation has been discarded as specific inhibition was not reversed or affected in all cases in the presence of Triton X-100, demonstrating the ability of the assay to find authentic inhibitors of the enzyme. The structural diversity of this series of promising natural products is of special interest in drug design, and should therefore be useful in future medicinal chemistry efforts aimed at the development of new GAPDH inhibitors having increased potency. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Classical and hologram QSAR studies on a series of inhibitors of trypanosomatid Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase

Leishmaniasis and trypanosomiasis are major causes of morbidity and mortality in both tropical and subtropical regions of the world. The current available drugs are limited, ineffective, and require long treatment regimens. Due to the high dependence of trypanosomatids on glycolysis as a source of energy, some glycolytic enzymes have been identified as attractive targets for drug design. In the present work, classical Two-Dimensional Quantitative Structure -Activity Relationships (2D QSAR) and Hologram QSAR (HQSAR) studies were performed on a series of adenosine derivatives as inhibitors of Leishmania mexicana Glyceraldehyde-3-Phosphate Dehydrogenase (LmGAPDH). Significant correlation coefficients (classical QSAR, r(2)=0.83 and q(2) =0.81; HQSAR, r(2)=0.91 and q(2) =0.86) were obtained for the 56 training set compounds, indicating the potential of the models for untested compounds. The models were then externally validated using a test set of 14 structurally related compounds and the predicted values were in good agreement with the experimental results (classical QSAR, r(pred)(2) = 0.94; HQSAR, r(pred)(2) = 0.92).

Structural basis for selective inhibition of trypanosomatid glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase: Molecular docking and 3D QSAR studies

The glycolytic enzyme glyceraldehyde-3 -phosphate dehydrogenase (GAPDH) is as an attractive target for the development of novel antitrypanosomatid agents. In the present work, comparative molecular field analysis and comparative molecular similarity index analysis were conducted on a large series of selective inhibitors of trypanosomatid GAPDH. Four statistically significant models were obtained (r(2) > 0.90 and q(2) > 0.70), indicating their predictive ability for untested compounds. The models were then used to predict the potency of an external test set, and the predicted values were in good agreement with the experimental results. Molecular modeling studies provided further insight into the structural basis for selective inhibition of trypanosomatid GAPDH.

Natural products biological screening and ligand-based virtual screening for the discovery of new antileishmanial agents

In the course of our research program to discover novel antileishmanial agents, a biological screening of natural products against Leishmania major promastigotes allowed the identification of a furoquinoline alkaloid (1) and a furanocoumarin (2) as new hits. Subsequently, an integrated ligand-based virtual screening approach was employed to search for new antileishmanial compounds using these naturally occurring molecules as templates. Fourteen out of 40 compounds selected from a database of about 800,000 compounds (extracted from ZINC, a free database for virtual screening) were experimentally confirmed to possess significant in vitro antileishmanial properties. The application of ligand-based virtual screening as a complementary approach to experimental natural product screening was a useful strategy to facilitate the identification of new promising lead candidates.