Výskumníci skúmajú kandidátov na prepracovanie liekov, ktorí sa zameriavajú na nukleotidové väzbové vrecká viacerých proteínov SARS-CoV-2

Výskumníci skúmajú kandidátov na prepracovanie liekov, ktorí sa zameriavajú na nukleotidové väzbové vrecká viacerých proteínov SARS-CoV-2

V nedávnej štúdii publikovanej v virológia Výskumníci hľadali priamo pôsobiace lieky proti koronavírusu-2 ťažkého akútneho respiračného syndrómu (SARS-CoV-2), ktoré súťažia o nukleotidové väzbové vrecká (NBP) proteínov SARS-CoV-2.

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

pozadia

SARS-CoV-2 patrí do podskupiny beta koronavírusov (β-CoV) čeľade Coronaviridae v rade Nidovirales. Infikuje niekoľko druhov cicavcov vrátane ľudí a spôsobuje akútne respiračné infekcie. Je to obalený jednovláknový vírus ribonukleovej kyseliny (RNA) s pozitívnym významom s 13-kilobázovým genómom obsahujúcim 14 otvorených čítacích rámcov (ORF). 5ˈ koniec genómu SARS-CoV-2 má ORF 1a a 1b, ktoré kódujú polyproteíny pp1a a pp1ab, ktoré sú preložené do neštrukturálnych proteínov (NSP) 1 až 16. Zvyšné 3ˈ tretí genóm kóduje štrukturálne proteíny vrátane špičky (S), membrány (M), obalu jadra (E).

SARS-CoV-2 sa od svojho vzniku v roku 2019 vyvinul do viac ako 40 000 genómových variantov. Pandémia spôsobená SARS-CoV-2 si aj naďalej vyžiada obete na celom svete. Preto existuje naliehavá potreba antivírusových liekov, ktoré by mohli bojovať proti opätovnému výskytu a vzniku nových variantov vyvolávajúcich obavy (VOC). Biológovia rýchlo vyvinuli 3D štruktúry takmer všetkých proteínov SARS-CoV-2, ktoré sú teraz všetky dostupné v Protein Data Bank (PDB) a mohli by pomôcť pri vývoji liekov na základe štruktúry.

Predtým výskumníci formulovali nukleotidové deriváty, ktoré súťažia s fyziologickými nukleotidmi o väzbu na NBP vírusových proteínov ako antivírusové lieky. Napríklad US Food and Drug Administration (FDA) schválil azidotymidín (AZT) ako liek proti vírusu ľudskej imunodeficiencie (HIV), ktorý sa zameriava na jeho proteín reverznej transkriptázy (RT).

O štúdiu

V tejto štúdii sa výskumníci pokúsili opätovne použiť farmakologicky aktívne zlúčeniny, ktoré sa viažu na NBP šiestich proteínov SARS-CoV-2. Špecificky sa zamerali na C-koncovú doménu (CTD) a N-koncovú doménu (NTD) nsp12, nsp13, nsp14, nsp15, nsp16 a N proteínu. Identifikovali tieto NBP na základe atómových štruktúr dostupných v PNR. Podobne vykonali štruktúrou podporovaný virtuálny in silico skríning troch knižníc, aby rýchlo identifikovali viaccieľové antivirotiká proti SARS-CoV-2.

Prístup Single Molecular Multi-Target (SMMT) pomohol výskumníkom získať niekoľko potenciálnych malých anti-SARS-CoV-2 molekúl s multi-cieľovými vlastnosťami. Použili izotermickú kalorimetriu (ITC) na meranie väzbových parametrov, ako je afinita a kinetika identifikovaných antivírusových zlúčenín. Nakoniec tím použil bunkové testy SARS-CoV-2 na potvrdenie antivírusovej aktivity podskupiny týchto zlúčenín.

Tím vykonal molekulárne dokovanie viacerých nukleotidových mono- a trifosfátov (NMP/NTP). [(napr. adenozínmono- a trifosfát (AMP a ATP)] a remdesivir. Remdesivir, nukleotidový proliečivo analógu adenozínu, slúžil ako pozitívna kontrola. Výskumníci označili každú molekulu za potenciálneho kandidáta na liečivo, ak mala priaznivý rozsah molekulárnej toxicity a mala farmakokinetické (PK) vlastnosti. Použili online nástroj SwissADME pre silico drug-like analysis, ktorá charakterizovala vybrané molekuly na základe ich vlastností absorpcie, distribúcie, metabolizmu a vylučovania (ADME).

Okrem toho tím použil model BOILED-Egg (Brain Or Intestinal EstimateD Permeation) na predpovedanie gastrointestinálnej (GI) absorpcie alebo permeácie hematoencefalickou bariérou (BBB) ​​zlúčeniny, ako aj substrátovú/nesubstrátovú analýzu P-glykoproteínu (Pgp).

Výsledky štúdie

Keďže nukleozidy/nukleotidy sú stavebnými blokmi RNA, t.j. vírusového genómu, molekuly, ktoré sa zameriavajú na nukleozidovú kostru, by mohli byť sľubnými antivírusovými molekulami. Hoci je ťažké posúdiť in vivo správanie týchto molekúl, metódy in silico sa ukázali ako veľmi užitočné pri poskytovaní jasného dôkazu interakcie molekuly liečiva s cieľovým proteínom a jeho biologickej dostupnosti v hostiteľskom organizme.

Najprv výskumníci vybrali 30 najlepších zlúčenín, ktorých väzbová energia bola rovnaká alebo väčšia ako pozitívna kontrola vo vybranom súbore proteínov SARS-CoV-2. Tím predpovedal drogovú podobnosť prvej desiatky z týchto 30 zlúčenín. Získali konečnú väzbovú energiu po molekulárnom dokovaní zlúčenín. Hoci týchto desať zlúčenín vykazovalo vysoké väzbové energie pre vírusové ciele, ich fyzikálno-chemické parametre nevykazovali prijateľné vlastnosti pre podobnosť s liekmi.

Okrem toho tím hodnotil tieto zlúčeniny pomocou termodynamických kritérií, pričom odhalil iba tri najlepšie zlúčeniny s potenciálom proti SARS-CoV-2. Boli to olaparib, INCB28060 a VX-809. Je zaujímavé, že tri sľubné zlúčeniny z každej knižnice mali tiež podobne interagujúce aminokyseliny. Okrem toho tri z deviatich potenciálnych zlúčenín (INCB28060, darglitazón sodný a kolumbianadín) preukázali významnú antivírusovú aktivitu v rôznych testoch in vitro. Najúčinnejšou zlúčeninou bol darglitazón sodný, ktorého polovica maximálnej účinnej koncentrácie (EC50) bola nižšia ako 10 uM.

Všetci traja kandidáti na lieky tiež vykazovali inhibičné vlastnosti, ale INCB28060 a darglitazón sodný mali najväčšiu aktivitu proti SARS-CoV-2. Je zaujímavé, že kolumbianadín má analgetické, protizápalové a protinádorové vlastnosti a je tiež inhibítorom napäťovo riadených vápnikových (Ca2+) kanálov. Antivírusový účinok kolumbianadínu proti SARS-CoV-2 prostredníctvom modulácie aktivity iónových kanálov si vyžaduje ďalšie experimentálne skúmanie.

Diplom

Súčasná štúdia zdôraznila užitočnosť metód založených na štruktúre pri objavovaní potenciálnej molekuly liečiva, ktorá by sa mohla zamerať na viaceré proteíny SARS-CoV-2. Podľa autorov sú tieto molekuly liekov v klinickom testovaní a čoskoro by sa mohli použiť na antivírusovú terapiu proti SARS-CoV-2.

Referencia:

• 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