Prospecting and evaluation of novel antihypertensive peptides in an optimized angiotensin-converting enzyme inhibition protocol

Abstract

Hypertension is a health condition characterized by a systolic pressure ≥ 140 mmHg and a diastolic pressure ≥ 90 mmHg. Recognized as the leading cause of premature death worldwide, it accounted for 10.8 million deaths in 2018. Moreover, the costs associated with managing hypertension are alarming. Several classes of antihypertensive medications are currently available, including Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitors (ACEi), Diuretics, Beta-Blockers (BB), Angiotensin Receptor Blockers (ARB), and Calcium Channel Blockers (CCB). However, hypertension remains inadequately treated, with only one in five hypertensive individuals achieving control over the condition. This is partly due to the adverse effects associated with available medications, which hinder treatment adherence and often lead to its abandonment, complicating the effective management of hypertension. In recent years, academic research into molecules with antihypertensive potential has grown significantly. Among these, bioactive peptides have emerged as promising candidates due to their demonstrated biological activities and biocompatibility, which reduce the risk of toxicity. In the present study, we aimed to identify peptides with antihypertensive potential. These peptides were sourced from our proprietary peptide database (PepDB) using molecular docking to identify those with affinity for the Angiotensin-Converting Enzyme (ACE), one of the primary targets in hypertension treatment. This technique also allowed us to characterize the molecular interactions between the peptides and the enzyme. The in vitro evaluation of the peptides was performed using a protocol developed in this study for ACE inhibition, optimized for zinc supplementation (a cofactor of the enzyme) and dimethyl sulfoxide (a vehicle for peptide solubilization). Finally, the peptide with the most promising inhibitory potency was further assessed for cytotoxic potential in Vero cells. The peptides described in this study may serve as models for sequence optimization, aiming to enhance their therapeutic activity and improve their in vivo stability. We hope this work contributes to the development of therapeutic molecules for hypertension treatment.

A hipertensão é uma condição de saúde caracterizada por uma pressão sistólica ≥ 140 mmHg e uma pressão diastólica ≥ 90 mmHg. Considerada a principal causa de morte prematura ao redor do mundo, foi responsável por 10,8 milhões de mortes em 2018. Além disso, os gastos envolvidos no manejo da hipertensão são alarmantes. Existem diversas classes de medicamentos anti-hipertensivos disponíveis atualmente, como os Inibidores da Enzima Conversora de Angiotensina (iECA), Diuréticos, Beta-bloqueadores (BB), Bloqueadores dos Receptores de Angiotensina (BRA) e Bloqueadores dos Canais de Cálcio (BCC). Entretanto, a hipertensão continua não sendo devidamente tratada, ao passo que apenas um em cada cinco indivíduos hipertensos possui a condição sob controle. Isso ocorre, também, por conta dos efeitos adversos que os medicamentos disponíveis apresentam, o que dificulta a adesão ao tratamento e muitas vezes leva ao seu abandono, dificultando o tratamento efetivo da hipertensão. Dessa forma, nos últimos anos, a pesquisa a nível acadêmico por moléculas que apresentem potencial anti-hipertensivo tem crescido de maneira considerável. Destas moléculas, os peptídeos bioativos têm se apresentado como opções promissoras, ao passo que apresentam diversas atividades biológicas já constatadas e são moléculas biocompatíveis, o que diminui o potencial de toxicidade. No presente trabalho, objetivamos a obtenção de peptídeos com potencial anti-hipertensivo. Os peptídeos foram obtidos de um banco de peptídeos (PepDB) de nossa propriedade, utilizando docking molecular, para obter peptídeos com afinidade pela Enzima Conversora de Angiotensina (ECA), um dos principais alvos no tratamento da hipertensão. Com essa técnica, os peptídeos também tiveram suas interações moleculares com a enzima caracterizadas. A avaliação in vitro dos peptídeos foi realizada utilizando um protocolo, também desenvolvido neste trabalho, de inibição da ECA otimizado quanto à suplementação de zinco, cofator da enzima, e dimetilsulfóxido, veículo utilizado para solubilizar os peptídeos. Por fim, o peptídeo que se mostrou mais promissor quanto à potência inibitória também teve seu potencial citotóxico avaliado em células Vero. Os peptídeos descritos neste trabalho podem servir como modelos para a otimização das sequências, visando melhorias na atividade terapêutica e, ainda, na estabilidade in vivo destes peptídeos. Assim, esperamos que este trabalho contribua no âmbito de desenvolvimento de moléculas terapêuticas aplicadas para o tratamento da hipertensão.