Forskere udforsker lægemiddel-genanvendelseskandidater, der målretter mod nukleotidbindingslommer af flere SARS-CoV-2-proteiner

Forskere udforsker lægemiddel-genanvendelseskandidater, der målretter mod nukleotidbindingslommer af flere SARS-CoV-2-proteiner

I en nylig undersøgelse offentliggjort i virologi Forskere forfulgte direktevirkende lægemidler mod alvorligt akut respiratorisk syndrom coronavirus-2 (SARS-CoV-2), der konkurrerer om nukleotidbindingslommer (NBP'er) af SARS-CoV-2-proteiner.

Studie: Direkt wirkende antivirale SARS-CoV-2-Medikamente mit mehreren Zielen gegen die Nukleotidbindungstaschen virusspezifischer Proteine. Bildnachweis: PHOTOCREO Michal Bednarek/Shutterstock

baggrund

SARS-CoV-2 tilhører undergruppen af ​​beta-coronavirus (β-CoV) af familien Coronaviridae i rækkefølgen Nidovirales. Det inficerer flere pattedyrarter, herunder mennesker, og forårsager akutte luftvejsinfektioner. Det er et indkapslet, enkeltstrenget, positiv-sense ribonukleinsyre (RNA) virus med et 13-kilobase genom, der indeholder 14 åbne læserammer (ORF'er). Den 5ˈ ende af SARS-CoV-2-genomet har ORF'er 1a og 1b, som koder for polyproteinerne pp1a og pp1ab, som er oversat til ikke-strukturelle proteiner (NSP'er) 1 til 16. Det resterende 3ˈ tredje genom koder for strukturelle proteiner, herunder spids (E), membran-nucleoid (N), og membran-nucleoid.

SARS-CoV-2 har udviklet sig til mere end 40.000 genomiske varianter siden dets fremkomst i 2019. Pandemien forårsaget af SARS-CoV-2 fortsætter med at kræve liv verden over. Derfor er der et presserende behov for antivirale lægemidler, der kan bekæmpe genfremkomsten og fremkomsten af ​​nye varianter af bekymring (VOC'er). Biologer har hurtigt udviklet 3D-strukturer af næsten alle SARS-CoV-2-proteiner, som nu alle er tilgængelige i Protein Data Bank (PDB) og kunne hjælpe med strukturbaseret lægemiddeludvikling.

Tidligere har forskere formuleret nukleotidderivater, der konkurrerer med de fysiologiske nukleotider om binding til NBP'er af virale proteiner som antivirale lægemidler. For eksempel har US Food and Drug Administration (FDA) godkendt azidothymidin (AZT) som et lægemiddel mod det humane immundefektvirus (HIV), der er rettet mod dets revers transkriptase (RT) protein.

Om studiet

I denne undersøgelse forsøgte forskere at genbruge farmakologisk aktive forbindelser, der binder til NBP'erne af seks SARS-CoV-2-proteiner. De målrettede specifikt det C-terminale domæne (CTD) og N-terminale domæne (NTD) af nsp12, nsp13, nsp14, nsp15, nsp16 og N-proteinet. De identificerede disse NBP'er baseret på de atomare strukturer, der er tilgængelige i FBF. Ligeledes udførte de struktur-assisteret virtuel in silico-screening af tre biblioteker for hurtigt at identificere multi-target antivirale midler mod SARS-CoV-2.

Single Molecular Multi-Target (SMMT) tilgangen hjalp forskere med at opnå flere potentielle små anti-SARS-CoV-2 molekyler med multi-target egenskaber. De brugte isotermisk kalorimetri (ITC) til at måle bindingsparametre såsom affinitet og kinetik af de identificerede antivirale forbindelser. Endelig brugte holdet cellebaserede SARS-CoV-2-assays til at bekræfte den antivirale aktivitet af en undergruppe af disse forbindelser.

Holdet udførte molekylær docking af multiple nukleotidmono- og triphosphater (NMP'er/NTP'er). [(f.eks. adenosin mono- og tri-phosphat (AMP og ATP)] og remdesivir. Sidstnævnte, et nukleotid-prodrug af en adenosinanalog, fungerede som en positiv kontrol. Forskerne markerede hvert molekyle som en potentiel lægemiddelkandidat, hvis det havde et gunstigt molekylært toksicitetsområde, og de farmakokinetiske egenskaber havde (PK). SwissADME til in silico lægemiddel-lignende analyse, som karakteriserede de udvalgte molekyler baseret på deres absorption, distribution, metabolisme og udskillelse (ADME) egenskaber.

Derudover brugte holdet BOILED-Egg (Brain Or Intestinal EstimateD Permeation)-modellen til at forudsige gastrointestinal (GI) absorption eller blod-hjernebarriere (BBB) ​​permeation af en forbindelse, samt substrat/ikke-substratanalyse af P-glycoprotein (Pgp).

Studieresultater

Da nukleosider/nukleotider er byggestenene i RNA, dvs. det virale genom, kunne molekyler, der målretter mod nukleosidskelettet, være lovende antivirale molekyler. Selvom det er vanskeligt at vurdere in vivo-adfærden af ​​disse molekyler, har in silico-metoder vist sig at være meget nyttige til at give klare beviser for interaktionen af ​​et lægemiddelmolekyle med målproteinet og dets biotilgængelighed i værtsorganismen.

Først udvalgte forskerne de 30 bedste forbindelser, hvis bindingsenergi var lig med eller større end den positive kontrol i det udvalgte sæt af SARS-CoV-2-proteiner. Holdet forudsagde lægemiddel-lignelsen af ​​top ti af disse 30 forbindelser. De opnåede den endelige bindingsenergi efter molekylær docking af forbindelserne. Selvom disse ti forbindelser udviste høje bindingsenergier for de virale mål, viste deres fysisk-kemiske parametre ikke acceptable egenskaber for lægemiddellignende.

Desuden evaluerede holdet disse forbindelser ved hjælp af termodynamiske kriterier, og afslørede kun tre topforbindelser med anti-SARS-CoV-2 potentiale. Disse var olaparib, INCB28060 og VX-809. Interessant nok havde tre lovende forbindelser fra hvert bibliotek også tilsvarende interagerende aminosyrer. Desuden viste tre ud af ni potentielle forbindelser (INCB28060, darglitazonnatrium og columbianadin) signifikant antiviral aktivitet i forskellige in vitro-tests. Den mest potente forbindelse var darglitazonnatrium, hvis halvmaksimale effektive koncentration (EC50) var mindre end 10 µM.

Alle tre lægemiddelkandidater viste også hæmmende egenskaber, men INCB28060 og darglitazonnatrium havde den største anti-SARS-CoV-2 aktivitet. Interessant nok har Columbianadine vist sig at have smertestillende, antiinflammatoriske og antitumoregenskaber og er også en hæmmer af spændingsstyrede calciumkanaler (Ca2+). Den antivirale virkning af columbianadin mod SARS-CoV-2 via modulering af ionkanalaktivitet kræver yderligere eksperimentel undersøgelse.

Eksamensbevis

Den aktuelle undersøgelse fremhævede nytten af ​​strukturbaserede metoder til at opdage et potentielt lægemiddelmolekyle, der kunne målrette mod flere proteiner af SARS-CoV-2. Ifølge forfatterne er disse lægemiddelmolekyler i klinisk afprøvning og kan snart bruges til antiviral behandling mod SARS-CoV-2.

Reference:

• Ruchi Rani, Siwen Long, Akshay Pareek, Preeti Dhaka, Ankur Singh, Pravindra Kumar, Gerald McInerney, Shailly Tomar. (2022). Direkt wirkende antivirale SARS-CoV-2-Medikamente mit mehreren Zielen gegen die Nukleotidbindungstaschen virusspezifischer Proteine. Virologie. doi: https://doi.org/10.1016/j.virol.2022.08.008 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0042682222001386