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Estudo in silico da co-formulação de insulina com amilina e seus análogos biotecnológicos

Diabetes is a disease resulting from a deficiency in insulin production or resistance to its action. In type one diabetes, the patient is already born with the disease hereditarily, while on type two, its genesis occurs as a result of other factors and habits that contribute to the appearance of thi...

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Autor principal:	Rodrigues, Fabio
Formato:	Dissertação
Idioma:	Português
Publicado em:	Universidade Tecnológica Federal do Paraná 2020
Assuntos:	Proteínas Termodinâmica Diabetes Proteins Thermodynamics CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Engenharia/Tecnologia
Acesso em linha:	http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5207
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id	riut-1-5207
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spelling	riut-1-52072020-11-20T00:08:24Z Estudo in silico da co-formulação de insulina com amilina e seus análogos biotecnológicos In silico study of the coformulation of insulin with amylin and its biotechnological analogues Rodrigues, Fabio Frigori, Rafael Bertolini https://orcid.org/0000-0002-4861-7240 http://lattes.cnpq.br/5836878566801544 Frigori, Rafael Bertolini https://orcid.org/0000-0002-4861-7240 http://lattes.cnpq.br/5836878566801544 Lucca, Rosemeire Aparecida da Silva de https://orcid.org/0000-0001-8737-0677 http://lattes.cnpq.br/7573562459264964 Gonçalves, Gilberto da Cunha https://orcid.org/0000-0002-8761-2944 http://lattes.cnpq.br/8988742888350949 Proteínas Termodinâmica Diabetes Proteins Thermodynamics CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA Engenharia/Tecnologia Diabetes is a disease resulting from a deficiency in insulin production or resistance to its action. In type one diabetes, the patient is already born with the disease hereditarily, while on type two, its genesis occurs as a result of other factors and habits that contribute to the appearance of this organic dysfunction, such as obesity and sedentary lifestyle, for example, which are acquired by poor diet, caused mainly by excessive intake of carbohydrates and fats, combined with a lack of physical activities. The disease is controlled by monitoring the glycemic level and using insulin injections, which causes discomfort for the patient, in addition to resulting in a cycle of weight gain and insulin resistance. Human amylin (hIAPP) is another hormone that acts on metabolic regulation along with insulin. However, due to its amyloidogenic profile, that is, it aggregates and forms insoluble fibrils, a hIAPP is inappropriate for co-use with insulin. This led to the development of new hIAPP analogs with improved characteristics, through amino acid substitution techniques, such as Pramlintide known as sIAPP, which is quantified by the replacement of an Alanine and two Serines, for Prolines ie (for example, A25P, S28P, S29P). Thus, sIAPP presents a significant increase in resistance to aggregation. But there is still the problem of low solubility of sIAPP at physiological pHs. This problem has been studied recently and led to the creation of the sIAPP+: that is, an extra replacement of a Serine with na Arginine at position 20 (i.e, S20R) of the sIAPP sequence. In this work, we developed a comparative theoretical study in silicon using Amylin and its analogues (i.e, hIAPP, sIAPP and sIAPP+) in order to test the effectiveness of its coformulations with insulin. In our methodology, we evaluated the stability of these formulations using data extracted from the microcanonical stage of multicanonical simulations of insulin co-formulation with Amylin analogs. Thus, we calculate thermodynamic quantities, such as latent heat and free-energy aggregation barriers, evaluate the results and theoretically verify the physical-chemical stability. We also analyze the phase transitions and their respective aggregation times. Our results are complemented with energy calculations of solvation and structural analysis. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) A diabetes é uma doença consequente da deficiência da produção de insulina ou resistência à sua ação. Na diabetes tipo Ⅰ, o paciente já nasce com a doença hereditariamente, enquanto que no tipo Ⅱ, sua gênese se dá como resultado de outros fatores e hábitos que contribuem para o surgimento dessa disfunção orgânica, como os de obesidade e sedentarismo, por exemplo, que são adquiridos pela má alimentação, provocada principalmente pela ingestão excessiva de carboidratos e gorduras, aliada a falta de atividades físicas. A doença é controlada através do acompanhamento do nível glicêmico e com aplicações de injeções de insulina, o que ocasiona um desconforto para o paciente, além de resultar em um ciclo de ganho de peso e resistência à insulina. A Amilina humana (hIAPP) é outro hormônio que atua na regulação metabólica junto com a insulina. No entanto devido ao seu perfil amiloidegênico, ou seja, agrega-se e forma fibrilas insolúveis, a hIAPP é inapropriada para uma co-formulação com insulina. Isso levou ao desenvolvimento de novos análogos da hIAPP com características melhoradas, através de técnicas de substituição de aminoácidos, como a Pramlintide conhecida como sIAPP, que é quantificada pela substituição de uma Alanina e duas Serinas, por Prolinas ou seja (i.e. A25P, S28P, S29P). Assim, sIAPP apresenta um significativo aumento de resistência a agregação. Mas resta, ainda, o problema de baixa solubilidade de sIAPP em pHs fisiológicos. Este problema foi estudado recentemente e levou à criação de sIAPP+: ou seja, uma substituição extra de uma Serina por uma Arginina na posição 20 (i.e. S20R) da sequência de sIAPP. Nesse trabalho, desenvolvemos um estudo teórico comparativo in silício empregando Amilina e seus análogos (i.e. hIAPP, sIAPP e sIAPP+) com intuito de testar a efetividade de suas coformulações com insulina. Em nossa metodologia, avaliamos a estabilidade dessas formulações por meio de dados extraídos da etapa microcanônica das simulações multicanônicas da coformulação de insulina com análogos de Amilina. Assim, calculamos grandezas termodinâmicas, como calores latentes e barreiras de energiaslivres de agregação, avaliamos os resultados e verificamos teoricamente a estabilidade físico-química. Também analisamos as transições de fases e seus respectivos tempos de agregação. Nossos resultados são complementados com cálculos de energia de solvatação e analises estruturais. 2020-09-29T01:10:35Z 2020-09-29T01:10:35Z 2020-08-07 masterThesis RODRIGUES, Fabio. Estudo in silico da co-formulação de insulina com amilina e seus análogos biotecnológicos. 2020. Dissertação (Mestrado em Processos Químicos e Biotecnológicos) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Toledo, 2020. http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5207 por openAccess application/pdf Universidade Tecnológica Federal do Paraná Toledo Brasil Programa de Pós-Graduação em Processos Químicos e Biotecnológicos UTFPR
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description	Diabetes is a disease resulting from a deficiency in insulin production or resistance to its action. In type one diabetes, the patient is already born with the disease hereditarily, while on type two, its genesis occurs as a result of other factors and habits that contribute to the appearance of this organic dysfunction, such as obesity and sedentary lifestyle, for example, which are acquired by poor diet, caused mainly by excessive intake of carbohydrates and fats, combined with a lack of physical activities. The disease is controlled by monitoring the glycemic level and using insulin injections, which causes discomfort for the patient, in addition to resulting in a cycle of weight gain and insulin resistance. Human amylin (hIAPP) is another hormone that acts on metabolic regulation along with insulin. However, due to its amyloidogenic profile, that is, it aggregates and forms insoluble fibrils, a hIAPP is inappropriate for co-use with insulin. This led to the development of new hIAPP analogs with improved characteristics, through amino acid substitution techniques, such as Pramlintide known as sIAPP, which is quantified by the replacement of an Alanine and two Serines, for Prolines ie (for example, A25P, S28P, S29P). Thus, sIAPP presents a significant increase in resistance to aggregation. But there is still the problem of low solubility of sIAPP at physiological pHs. This problem has been studied recently and led to the creation of the sIAPP+: that is, an extra replacement of a Serine with na Arginine at position 20 (i.e, S20R) of the sIAPP sequence. In this work, we developed a comparative theoretical study in silicon using Amylin and its analogues (i.e, hIAPP, sIAPP and sIAPP+) in order to test the effectiveness of its coformulations with insulin. In our methodology, we evaluated the stability of these formulations using data extracted from the microcanonical stage of multicanonical simulations of insulin co-formulation with Amylin analogs. Thus, we calculate thermodynamic quantities, such as latent heat and free-energy aggregation barriers, evaluate the results and theoretically verify the physical-chemical stability. We also analyze the phase transitions and their respective aggregation times. Our results are complemented with energy calculations of solvation and structural analysis.
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Estudo in silico da co-formulação de insulina com amilina e seus análogos biotecnológicos

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