Discovery of New Inhibitors of Schistosoma mansoni PNP by Pharmacophore-Based Virtual Screening

Schistosomiasis is considered the second most important tropical parasitic disease, with severe socioeconomic consequences for millions of people worldwide. Schistosoma monsoni, one of the causative agents of human schistosomiasis, is unable to synthesize purine nucleotides de novo, which makes the enzymes of the purine salvage pathway important targets for antischistosomal drug development. In the present work, we describe the development of a pharmacophore model for ligands of S. mansoni purine nucleoside phosphorylase (SmPNP) as well as a pharmacophore-based virtual screening approach, which resulted in the identification of three thioxothiazolidinones (1-3) with substantial in vitro inhibitory activity against SmPNP. Synthesis, biochemical evaluation, and structure activity relationship investigations led to the successful development of a small set of thioxothiazolidinone derivatives harboring a novel chemical scaffold as new competitive inhibitors of SmPNP at the low-micromolar range. Seven compounds were identified with IC(50) values below 100 mu M. The most potent inhibitors 7, 10, and 17 with 1050 of 2, 18, and 38 mu M, respectively, could represent new potential lead compounds for further development of the therapy of schistosomiasis.

Structural bioinformatics study of PNP from Schistosoma mansoni

The parasite Schistosoma mansoni lacks the de novo pathway for purine biosynthesis and depends on salvage pathways for its purine requirements. Schistosomiasis is endemic in 76 countries and territories and amongst the parasitic diseases ranks second after malaria in terms of social and economic impact and public health importance. The PNP is an attractive target for drug design and it has been submitted to extensive structure-based design. The atomic coordinates of the complex of human PNP with inosine were used as template for starting the modeling of PNP from S. mansoni complexed with inosine. Here we describe the model for the complex SmPNP-inosine and correlate the structure with differences in the affinity for inosine presented by human and S. mansoni PNPs. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural basis for selective inhibition of purine nucleoside phosphorylase from Schistosoma mansoni: Kinetic and structural studies

Selectivity plays a crucial role in the design of enzyme inhibitors as novel antiparasitic agents, particularly in cases where the target enzyme is also present in the human host. Purine nucleoside phosphorylase from Schistosoma mansoni (SmPNP) is an attractive target for the discovery of potential antischistosomal agents. In the present work, kinetic studies were carried out in order to determine the inhibitory potency, mode of action and enzyme selectivity of a series of inhibitors of SmPNP. In addition, crystallographic studies provided important structural insights for rational inhibitor design, revealing consistent structural differences in the binding mode of the inhibitors in the active sites of the SmPNP and human PNP (HsPNP) structures. The molecular information gathered in this work should be useful for future medicinal chemistry efforts in the design of new inhibitors of SmPNP having increased affinity and selectivity. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Suppression of mRNAs encoding tegument tetraspanins from schistosoma mansoni results in impaired tegument turnover

Schistosomes express a family of integral membrane proteins, called tetraspanins (TSPs), in the outer surface membranes of the tegument. Two of these tetraspanins, Sm-TSP-1 and Sm-TSP-2, confer protection as vaccines in mice, and individuals who are naturally resistant to S. mansoni infection mount a strong IgG response to Sm-TSP-2. To determine their functions in the tegument of S. mansoni we used RNA interference to silence expression of Sm-tsp-1 and Sm-tsp-2 mRNAs. Soaking of parasites in Sm-tsp dsRNAs resulted in 61% (p = 0.009) and 74% (p = 0.009) reductions in Sm-tsp-1 and Sm-tsp-2 transcription levels, respectively, in adult worms, and 67%–75% (p = 0.011) and 69%–89% (p = 0.004) reductions in Sm-tsp-1 and Sm-tsp-2 transcription levels, respectively, in schistosomula compared to worms treated with irrelevant control (luciferase) dsRNA. Ultrastructural morphology of adult worms treated in vitro with Sm-tsp-2 dsRNA displayed a distinctly vacuolated and thinner tegument compared with controls. Schistosomula exposed in vitro to Sm-tsp-2 dsRNA had a significantly thinner and more vacuolated tegument, and morphology consistent with a failure of tegumentary invaginations to close. Injection of mice with schistosomula that had been electroporated with Sm-tsp-1 and Sm-tsp-2 dsRNAs resulted in 61% (p = 0.005) and 83% (p = 0.002) reductions in the numbers of parasites recovered from the mesenteries four weeks later when compared to dsRNA-treated controls. These results imply that tetraspanins play important structural roles impacting tegument development, maturation or stability.

Estudo imunológico e histopatológico da infecção experimental por Schistosoma mansoni em camundongos geneticamente selecionados para tolerância oral

A esquistossomose acomete 207 milhões de pessoas, com mais de 200 mil mortes anuais. Seu principal agente etiológico é o helminto Schistosoma e o principal modelo experimental, o camundongo. Linhagens de camundongos selecionadas geneticamente para susceptibilidade (TS) e resistência (TR) a tolerância imunológica constituem bons modelos para o estudo da resposta imunológica específica e inespecífica nas infecções. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a infecção experimental por S. mansoni nestes camundongos, evidenciando a imunopatologia por diversos parâmetros na fase aguda da infecção. TR e TS não diferiram quanto a penetração de cercárias, recuperação de vermes adultos, fecundidade/produtividade de ovos das fêmeas de S. mansoni, mas predominaram ovos mortos em TS. Quanto maior o número de casais, maior a probabilidade de troca de casais e regressão sexual da fêmea, além de pequena redução da produtividade de ovos. Análise ultraestrutural dos parasitos machos recuperados de TS apresentaram tubérculos edemaciados, espinhos encurtados e em menor densidade que os parasitos dos TR. O tegumento dos parasitos recuperados de TS apresentou-se desorganizado, intensamente vacuolizado e com tendência a se desprender da superfície e espinhos internalizados e células vitelínicas desorganizadas. TS desenvolveram granulomas hepáticos grandes, com fibras radiais e predomínio do estágio exsudativo-produtivo com características de fase produtiva (EP/P), enquanto camundongos TR desenvolveram granulomas menores, com fibras concêntricas e predomínio de granulomas exsudativo-produtivos. TS desenvolveu hepatomegalia mais acentuada na fase aguda da infecção e exacerbada esplenomegalia na fase crônica. A aspartato aminotransferase mais elevada nos TR foi coerente com a acentuada histólise nos granulomas iniciais dos TR. É possível que a histólise menor em TS tenha contribuído para sua intensa hepatomegalia na fase aguda. Leucócitos totais séricos aumentaram em TS, nas fases aguda e crônica, mas não em TR. TS apresentaram anemia durante a fase crônica da infecção, possivelmente devido ao desvio na hematopoiese medular para a produção de leucócitos ou apoptose das hemácias. A mieloperoxidase neutrofílica hepática e no íleo foi maior em TS e a peroxidase de eosinófilos foi mais elevada no íleo do TS. Ambas as linhagens produziram IFN-γ, mas os níveis funcionais de IFN-γ foram diferentes nas duas linhagens em cultura de células. É possível que a imunopatologia hepática grave na linhagem TS possa estar relacionada aos altos títulos IFN-γ. TS produziu IL-10 em maior quantidade, entretanto esta citocina não foi capaz de regular o crescimento exacerbado dos granulomas hepáticos. Altos títulos de IL-4 na linhagem TS também são coerentes com a exacerbação dos granulomas, pois, como a IL-13, a IL-4 induz síntese de colágeno e está relacionada ao desenvolvimento da fibrose no granuloma esquistossomótico. Observamos redução do percentual relativo de células T CD4+ hepáticas de animais infectados em ambas as linhagens e redução percentual nas subpopulações de linfócitos B na medula óssea (precursores, linfócitos B imaturos, maduros e plasmócitos) mais acentuada em TS que em TR, possivelmente devido a extensa mobilização de B imaturos induzida pela inflamação ou desvio da hematopoiese para síntese de granulócitos em TS. Quantitativamente, TR não alterou suas subpopulações de linfócitos B. TS e TR são bons modelos para estudo da resposta imunológica na infecção esquistossomótica experimental. Novos estudos são necessários para confirmar nossas propostas e compreender os mecanismos envolvidos na diferença da resposta imunológica dessas linhagens na relação schistosoma-hospedeiro.

Características morfológicas de vermes adultos machos e fêmeas de Schistosoma mansoni recuperados de camundongos desnutridos e deficientes em óxido nítrico

Esquistossomose e desnutrição são graves problemas de saúde pública nos países em desenvolvimento. A esquistossomose provoca uma série de morbidades, que é influenciada, em grande maioria, pela natureza do estímulo à resposta imunológica e ao estado nutricional do hospedeiro. Durante a infecção esquistossomótica, a resposta imune produz citocinas que são liberadas e estimulam a produção de óxido nítrico. Numerosos estudos demonstraram que o estado nutricional e a resposta imune afetam as características fenotípicas dos vermes adultos. No entanto, se o óxido nítrico desempenha um papel neste fenômeno é desconhecido. Neste estudo, os camundongos do tipo selvagem (grupo controle) e camundongos knockout com deficiência na produção de óxido nítrico foram alimentados com uma dieta comercial (UNILAB) ou uma dieta básica regional, dieta com baixa concentração de proteína (7,87%). Por meio de um sistema digital de análise de imagem (Image Pro Plus, USA) e microscopia confocal, estudou-se a morfologia da ventosa oral, tegumento e o sistema reprodutor de vermes machos e fêmeas. Vermes machos e fêmeas recuperados de camundongos desnutridos com deficiência de oxido nítrico mostraram descamação do tegumento. A superfície dorsal de vermes desnutridos machos apresentaram tubérculos irregulares, distribuídos de forma desigual, e escassos. O sistema reprodutivo de vermes fêmeas desnutridas não demonstrou alterações morfológicas. No entanto, os machos deste grupo exibiram menor número de células no processo de diferenciação dentro dos lobos testiculares. Em conclusão, nossos resultados sugerem que a deficiência de produção de óxido nítrico não induz alterações morfológicas em nível do tegumento e do sistema reprodutor de vermes machos. Em contraste, a desnutrição é responsável por tais alterações morfológicas, principalmente no sistema reprodutivo e na ventosa oral.

Características morfológicas de vermes adultos de Schistosoma mansoni Sambon, 1907 recuperados de camundongos alimentados com dieta hiperlípidíca na fase crônica da infecção esquistossomótica. Análise por microscopia de campo claro e confocal

Estudos em animais experimentais evidenciaram associações significativas entre esquistossomose mansoni e hipercolesterolemia. Estudos in vitro e in vivo já demonstraram que o colesterol é essencial para Schistosoma mansoni, embora este não tenha capacidade de sintetizá-lo. A captação é realizada a partir do ambiente (cultivo ou hospedeiro) através do tegumento. O colesterol está envolvido nos mecanismos de evasão do helminto contra a resposta imunológica, além de poder participar na modulação da sinalização celular e reprodução, estimulando os órgãos reprodutores dos helmintos adultos como observado na fase aguda da infecção experimental. Este trabalho tem como objetivo avaliar se o mesmo fenômeno ocorre na fase crônica. Os helmintos foram recuperados de dez camundongos submetidos à dieta hiperlipídica ou padrão (controle) foram corados pelo carmin cloridrico e montados, individualmente, em lâmina histológica com bálsamo do Canadá. A preparação foi analisada por microscopia de campo claro nos seguintes caracteres: tegumento e o sistema reprodutor nos vermes machos (lobos testiculares, vesícula seminal, lobos testiculares supranumerários e canal ginecóforo) e, nas fêmeas (ovário, oótipo, útero, ovo, glândulas vitelínicas e espermateca). Posteriormente, algumas lâminas foram separadas para visualização pela microscopia confocal dos órgãos do sistema reprodutores acima descritos. Apesar de ter sido observado uma maior quantidade de espermatozoides, uma maior quantidade de oócitos sendo liberados no grupo da dieta, não houve diferença estatística significativa (p>0,05) entre os grupos analisados. Houve um aumento na oogênese como observado na fase aguda. Dessa forma, o colesterol pode estar relacionado com a estimulação na atividade dos órgãos reprodutores dos helmintos adultos na fase crônica da infecção.

A functionally atypical amidating enzyme from the human parasite Schistosoma mansoni

Many neuropeptide transmitters require the presence of a carboxy-terminal alpha-amide group for biological activity. Amidation requires conversion of a glycine-extended peptide intermediate into a C-terminally amidated product. This post-translational modification depends on the sequential action of two enzymes (peptidylglycine alpha-hydroxylating monooxygenase or PHM, and peptidyl-alpha-hydroxyglycine alpha-amidating lyase or PAL) that in most eukaryotes are expressed as separate domains of a single protein (peptidylglycine alpha-amidating monooxygenase or PAM). We identified a cDNA encoding PHM in the human parasite Schistosoma mansoni. Transient expression of schistosome PHM (smPHM) revealed functional properties that are different from other PHM proteins; smPHM displays a lower pH-optimum and, when expressed in mammalian cells, is heavily N-glycosylated. In adult worms, PHM is found in the trans-Golgi network and secretory vesicles of both central and peripheral nerves. The widespread occurrence of PHM in the nervous system confirms the important role of amidated neuropeptides in these parasitic flatworms. The differences between schistosome and mammalian PHM suggest that it could be a target for new chemotherapeutics.

Structure and bioactivity of neuropeptide F from the human parasites Schistosoma mansoni and Schistosoma japonicum

The blood flukes Schistosoma mansoni and Schistosoma japonicum inflict immense suffering as agents of human schistosomiasis. Previous investigations have found the nervous systems of these worms contain abundant immunoreactivity to antisera targeting invertebrate neuropeptide Fs (NPFs) as well as structurally similar neuropeptides of the mammalian neuropeptide Y (NPY) family. Here, cDNAs encoding NPF in these worms were identified, and the mature neuropeptides from the two species differed by only a single amino acid. Both neuropeptides feature the characteristics common among NPFs; they are 36 amino acids long with a carboxyl-terminal Gly-Arg-X-Arg-Phe-amide and Tyr residues at positions 10 and 17 from the carboxyl terminus. Synthetic S. mansoni NPF potently inhibits the forskolin-stimulated accumulation of cAMP in worm homogenates, with significant effects at 10(-11) M. This is the first demonstration of an endogenous inhibition of cAMP by an NPF, and because this is the predominant pathway associated with vertebrate NPY family peptides, it demonstrates a conservation of downstream signaling pathways used by NPFs and NPY peptides.

Role of calcium influx through voltage-operated calcium channels and of calcium mobilization in the physiology of Schistosoma mansoni muscle contractions

We tested the hypothesis that voltage-operated Ca2+ channels mediate an extracellular Ca2+ influx in muscle fibres from the human parasite Schistosoma mansoni and, along with Ca2+ mobilization from the sarcoplasmic reticulum, contribute to Muscle contraction. Indeed, whole-cell voltage clamp revealed voltage-gated inward currents carried by divalent ions with a peak current elicited by steps to + 20 mV (from a holding potential of -70 mV). Depolarization of the fibres by elevated extracellular K+ elicited contractions that were completely dependent on extracellular Ca2+ and inhibited by nicardipine (half inhibition at 4(.)1 mu M). However these contractions were not very sensitive to other classical blockers of voltage-gated Ca2+ channels, indicating that the schistosome Muscle channels have an atypical pharmacology when compared to their mammalian counterparts. Furthermore, the contraction induced by 5 mM caffeine was inhibited after depletion of the sarcoplasmic reticulum either with thapsigargin (10 mu M) or ryanodine (10 mu M). These data suggest that voltage-operated Ca2+ channels docontribute to S. mansoni contraction as does the mobilization of stored Ca2+, despite the small volume of sarcoplasmic reticulum in schistosome smooth muscles.