Forskere utforsker kandidater for gjenbruk av medisiner som retter seg mot nukleotidbindende lommer av flere SARS-CoV-2-proteiner

Forskere utforsker kandidater for gjenbruk av medisiner som retter seg mot nukleotidbindende lommer av flere SARS-CoV-2-proteiner

I en fersk studie publisert i virologi Forskere forfulgte direktevirkende medisiner mot alvorlig akutt respiratorisk syndrom coronavirus-2 (SARS-CoV-2) som konkurrerer om nukleotidbindingslommer (NBP) av 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

bakgrunn

SARS-CoV-2 tilhører undergruppen av beta-koronavirus (β-CoV) av familien Coronaviridae i rekkefølgen Nidovirales. Den infiserer flere pattedyrarter, inkludert mennesker, og forårsaker akutte luftveisinfeksjoner. Det er et innkapslet, enkeltstrenget, positiv-sense ribonukleinsyre (RNA) virus med et 13-kilobase genom som inneholder 14 åpne leserammer (ORF). 5ˈ-enden av SARS-CoV-2-genomet har ORF-ene 1a og 1b, som koder for polyproteinene pp1a og pp1ab, som er oversatt til ikke-strukturelle proteiner (NSP-er) 1 til 16. Det gjenværende 3ˈ tredje genomet koder for strukturelle proteiner, inkludert spiss (E), membrankjernen (N), og membrankjernen.

SARS-CoV-2 har utviklet seg til mer enn 40 000 genomiske varianter siden den dukket opp i 2019. Pandemien forårsaket av SARS-CoV-2 fortsetter å kreve liv over hele verden. Derfor er det et presserende behov for antivirale legemidler som kan bekjempe gjenoppkomsten og fremveksten av nye varianter av bekymring (VOC). Biologer har raskt utviklet 3D-strukturer av nesten alle SARS-CoV-2-proteiner, som nå alle er tilgjengelige i Protein Data Bank (PDB) og kan hjelpe til med strukturbasert medikamentutvikling.

Tidligere har forskere formulert nukleotidderivater som konkurrerer med de fysiologiske nukleotidene for å binde seg til NBP-ene til virale proteiner som antivirale legemidler. For eksempel har US Food and Drug Administration (FDA) godkjent azidothymidin (AZT) som et medikament mot humant immunsviktvirus (HIV) som retter seg mot revers transkriptase-proteinet (RT).

Om studiet

I denne studien forsøkte forskere å gjenbruke farmakologisk aktive forbindelser som binder seg til NBP-ene til seks SARS-CoV-2-proteiner. De målrettet spesifikt det C-terminale domenet (CTD) og N-terminalt domenet (NTD) til nsp12, nsp13, nsp14, nsp15, nsp16 og N-proteinet. De identifiserte disse NBPene basert på atomstrukturene som er tilgjengelige i PDB. På samme måte utførte de strukturassistert virtuell i silico-screening av tre biblioteker for raskt å identifisere multi-target antivirale midler mot SARS-CoV-2.

Single Molecular Multi-Target (SMMT)-tilnærmingen hjalp forskere med å skaffe flere potensielle små anti-SARS-CoV-2-molekyler med multi-target-egenskaper. De brukte isotermisk kalorimetri (ITC) for å måle bindingsparametere som affinitet og kinetikk til de identifiserte antivirale forbindelsene. Til slutt brukte teamet cellebaserte SARS-CoV-2-analyser for å bekrefte den antivirale aktiviteten til en undergruppe av disse forbindelsene.

Teamet utførte molekylær dokking av flere nukleotidmono- og trifosfater (NMP/NTP). [(f.eks. adenosinmono- og trifosfat (AMP og ATP)] og remdesivir. Sistnevnte, et nukleotidprodrug av en adenosinanalog, fungerte som en positiv kontroll. Forskerne flagget hvert molekyl som en potensiell medikamentkandidat dersom det hadde et gunstig molekylært toksisitetsområde og de farmakokinetiske egenskapene på nettet hadde (PK). SwissADME for in silico medikamentliknende analyse, som karakteriserte de utvalgte molekylene basert på deres absorpsjon, distribusjon, metabolisme og utskillelse (ADME) egenskaper.

I tillegg brukte teamet BOILED-Egg (Brain Or Intestinal EstimateD Permeation)-modellen for å forutsi gastrointestinal (GI) absorpsjon eller blod-hjernebarriere (BBB) ​​permeasjon av en forbindelse, samt substrat/ikke-substratanalyse av P-glykoprotein (Pgp).

Studieresultater

Siden nukleosider/nukleotider er byggesteinene til RNA, det vil si det virale genomet, kan molekyler som retter seg mot nukleosidskjelettet være lovende antivirale molekyler. Selv om det er vanskelig å vurdere in vivo-oppførselen til disse molekylene, har in silico-metoder vist seg å være svært nyttige for å gi klare bevis på interaksjonen av et medikamentmolekyl med målproteinet og dets biotilgjengelighet i vertsorganismen.

Først valgte forskerne de 30 beste forbindelsene hvis bindingsenergi var lik eller større enn den positive kontrollen i det utvalgte settet med SARS-CoV-2-proteiner. Teamet forutså stofflikheten til de ti beste av disse 30 forbindelsene. De oppnådde den endelige bindingsenergien etter molekylær dokking av forbindelsene. Selv om disse ti forbindelsene viste høye bindingsenergier for de virale målene, viste ikke deres fysisk-kjemiske parametere akseptable egenskaper for medikamentlikhet.

Videre evaluerte teamet disse forbindelsene ved å bruke termodynamiske kriterier, og avslørte bare tre toppforbindelser med anti-SARS-CoV-2-potensial. Disse var olaparib, INCB28060 og VX-809. Interessant nok hadde tre lovende forbindelser fra hvert bibliotek også aminosyrer som interagerte på samme måte. Videre viste tre av ni potensielle forbindelser (INCB28060, darglitazonnatrium og columbianadin) signifikant antiviral aktivitet i forskjellige in vitro-tester. Den mest potente forbindelsen var darglitazonnatrium, hvis halvmaksimale effektive konsentrasjon (EC50) var mindre enn 10 µM.

Alle de tre legemiddelkandidatene viste også hemmende egenskaper, men INCB28060 og darglitazonnatrium hadde den største anti-SARS-CoV-2-aktiviteten. Interessant nok har Columbianadine vist seg å ha smertestillende, anti-inflammatoriske og antitumoregenskaper og er også en hemmer av spenningsstyrte kalsiumkanaler (Ca2+). Den antivirale effekten av columbianadin mot SARS-CoV-2 via modulering av ionekanalaktivitet krever ytterligere eksperimentell undersøkelse.

Diplom

Den nåværende studien fremhevet nytten av strukturbaserte metoder for å oppdage et potensielt medikamentmolekyl som kan målrette mot flere proteiner av SARS-CoV-2. Ifølge forfatterne er disse medikamentmolekylene i klinisk testing og kan snart brukes til antiviral terapi mot SARS-CoV-2.

Referanse:

• 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