Os receptores 5-HT1B têm enfrentado um complexo debate durante a história.
Eles foram originalmente pensados como um receptor específico de roedores. Contudo, similaridades nos padrões traducionais, funcionais e de distribuição cerebral levaram à
opinião de que os receptores de roedores (5-HT1B) e aqueles de não-roedores (5-HT1D)
eram homólogos entre as espécies, o que foi comprovado quando ambos foram clonados (HARTIG; BRANCHEK; WEINSHANK, 1992). Parte dessa confusão foi gerada pela dificuldade em utilizar radioligantes específicos para cada subtipo, o que mostrava um perfil similar de ligação, além da alta homologia (97%) entre a sequência de aminoácidos
do receptor 5-HT1B humano e aquele de roedores (HOYER; HANNON; MARTIN, 2002).
Assim, o antigo receptor 5-HT1D beta foi renomeado como 5-HT1B (HARTIG et al., 1996).
O gene de 5-HT1B em humanos (HTR1B) se encontra no cromossomo 6q13 (com
∼390 aminoácidos), sendo expresso nos gânglios basais, estriado e córtex frontal, onde acredita-se que servem como autoreceptores (HOYER; HANNON; MARTIN, 2002). Em
contrapartida, 5-HT1B pode atuar como heteroreceptor, controlando a liberação de outros
neurotransmissores, tais como dopamina, acetilcolina, glutamato e GABA (PAUWELS,
1997). Ademais, 5-HT1B pode ser encontrado nas artérias cerebrais e outros tecidos
vasculares, onde os espasmos vasculares têm sido implicados na patogênese da enxaqueca (NILSSON et al., 1999; SCHOENEN, 2014). Similarmente, efeitos periféricos também têm sido descritos, tais como a inibição da liberação de noradrenalina na veia cava. Além
disso, existem evidências de que o receptor 5-HT1B possa estar envolvido nos mecanismos
subjacentes à esquizofrenia, agressão, depressão, deficit de atenção e hiperatividade, e
o uso de drogas de abuso (BRAFF et al., 1978; SARI, 2004). Portanto, 5-HT1BR é um
alvo atrativo para o desenvolvimento de terapias não apenas para a enxaqueca, mas também para algumas outras desordens neurológicas (SCHOENEN, 2014; PIETROBON; STRIESSNIG, 2003).
A ativação dos receptores 5-HT1B nas artérias cerebrais por agonistas é respon-
sável pela vasoconstricção e tem sido apontado como uma explicação terapêutica para o mecanismo de ação de alguns fármacos antimigranosos (GOADSBY, 2005; AMUNDSEN et al., 2015; DURHAM; PAPAPETROPOULOS, 2013). Dentre estes, diidroergotamina [DHE; (5’α,10α)-5’-Benzil-12’-hidroxi-2’-metil-3’,6’,18-trioxo-9,10-dihydroergotaman], é um dos fármacos mais prescritos, sendo considerado uma droga clássica para o tratamento de enxaqueca desde 1945 (EDVINSSON; VILLALÓN; MAASSENVANDENBRINK, 2012;
LABRUIJERE et al., 2015). Vendido sob o nome D.H.E. 45 ou Migranal, DHE é um alca- loide de ergot sintético, ou ergolina, obtido a partir da hidrogenação da dupla ligação entre os átomos C10=C11 de ergotamina (ERG). Este composto atua como um agonista seletivo
de 5-HT1BR, onde exerce seu efeito anti-migranoso (ROSAS et al., 2013; SILBERSTEIN;
MCCRORY, 2003). Contudo, após o desenvolvimento dos medicamentos da classe dos triptanos na década de 1990, houve uma redução em seu emprego clínico devido aos efeitos colaterais severos relacionados a sua atividade em outros receptores monoaminérgicos,
como o receptor D2 de dopamina e β2-adenérgico (ROTH et al., 2007; ROTHMAN et al.,
2000). Apesar disso, diidroergotamina continua sendo um dos fármacos anti-miganosos mais utilizados no mundo.
A recente determinação da primeira estrutura cristalográfica do receptor 5-HT1B
humano co-cristalizado com os agonistas ergotamina e diidroergotamina foi um primeiro passo em direção a um entendimento profundo do mecanismo de interação de ligantes nos receptores serotonérgicos (Figura 2.2) (WACKER et al., 2013; WANG et al., 2013a; LIU et al., 2013). Apesar disso, a similaridade estrutural e na sequência de aminoácidos entre os receptores acoplados à proteína G torna difícil a obtenção de agonistas ou antagonistas seletivos para um único receptor (HOYER; HANNON; MARTIN, 2002). Ademais, evi- dências sugerem que diferentes conformações no receptor induzidas por interações não covalentes entre ligantes-aminoácidos podem ser responsáveis pelo surgimento de distintas respostas biológicas no mesmo receptor, o que não pode ser observado pela análise de uma única estrutura cristalográfica (KOBILKA; DEUPI, 2007; ZHANG; STEVENS; XU, 2015). Desta forma, técnicas que possam auxiliar na caracterização das interações entre os receptores de serotonina e seus ligantes podem ser bastante úteis no design de novos fármacos mais seletivos aos receptores de serotonina (RAO et al., 2014).
Neste sentido, técnicas computacionais têm sido largamente utilizadas como modelos na busca por novos fármacos com maior especificidade, não apenas visando os receptores serotonérgicos, mas também para outros GPRCs (RODRÍGUEZ et al., 2014; BELLO et al., 2016). Contudo, os métodos normalmente utilizados, como docking molecular e dinâmica molecular, oferecem somente um número limitado de informações sobre a interação entre resíduos específicos do receptor e seus diferentes ligantes. Em contrapartida, o uso de mecânica quântica (MQ) no desenvolvimento de fármacos in silico tem se tornado bastante popular nos últimos anos devido a alta acurácia na estimativa da afinidade (relativa) de ligação (ZHOU; HUANG; CAFLISCH, 2010; RAHA et al., 2007).
Apesar disso, o alto custo computacional dos métodos MQ para calcular as ener- gias de interação em macromoléculas demanda um balanço entre o tempo de execução computacional e a acurácia dos resultados. Portanto, métodos de fracionamento têm sido desenvolvidos com o intuito de tornar o cálculo de propriedades físico-químicas em macro- moléculas computacionalmente menos custoso (GORDON et al., 2012; RAGHAVACHARI; SAHA, 2015). Hoje, vários esquemas baseados na decomposição de proteínas têm sido aplicados para calcular suas propriedades, incluindo o fracionamento molecular com caps conjugados (ZHANG; ZHANG, 2003) e o esquema de fracionamento do orbital molecular (NAKANO et al., 2002; SRIWILAIJAROEN et al., 2016). Dentre esses, os métodos de fracionamento molecular com caps conjugados (MFCC) tem sido largamente utilizados, particularmente para calcular a energia de interação entre fragmentos aminoacídicos e ligantes com grande sucesso (ZANATTA et al., 2012; RIBEIRO et al., 2014).
Neste capítulo, é apresentada uma descrição apropriada do perfil energético de
Figura 2.2 – Estrutura do receptor 5-HT1B composto por sete hélices transmembranares, duas alças intracelulares e extracelulares (PDB ID: 4IAQ).
através do esquema MFCC dentro do formalismo da teoria do funcional da densidade (DFT) (DA COSTA et al., 2012; JIANG; MA; JIANG, 2006). A contribuição individual dos resíduos envolvidos na ligação entre DHE e o receptor de serotonina foi calculada usando
a estrutura do receptor 5-HT1B co-cristalizado com diidroergotamina (PDB ID: 4IAQ)
(WANG et al., 2013a). Para tornar os cálculos energéticos mais fidedignos, um esquema de representação eletrostática foi implementado, sendo aqui chamado de electrostatically
embedded molecular fractionation with conjugate caps (EE-MFCC). O propósito desta
investigação é delinear a ligação DHE-5-HT1BR através de um perfil energético detalhado
da interação entre os resíduos no sítio de ligação e o fármaco anti-migranoso, sendo essencial não apenas para prover informações sobre ajustes que possam melhorar a eficácia de novas drogas específicas para a terapia voltada ao sistema serotonérgico, mas também para permitir um melhor entendimento sobre as características de ligação em outras GPCRs. Ao final, os resultados obtidos pelo EE-MFCC são comparados com aqueles resultantes do MFCC comum com o intuito de validar o método aplicado.