Raziskovalci raziskujejo kandidate za ponovno uporabo zdravil, ki ciljajo na nukleotidne vezavne žepe več proteinov SARS-CoV-2

Raziskovalci raziskujejo kandidate za ponovno uporabo zdravil, ki ciljajo na nukleotidne vezavne žepe več proteinov SARS-CoV-2

V nedavni študiji, objavljeni v virologija Raziskovalci so iskali zdravila z neposrednim delovanjem proti hudemu akutnemu respiratornemu sindromu koronavirus-2 (SARS-CoV-2), ki tekmujejo za nukleotidne vezavne žepe (NBP) proteinov SARS-CoV-2.

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

ozadje

SARS-CoV-2 spada v podskupino beta koronavirusov (β-CoV) iz družine Coronaviridae v redu Nidovirales. Okuži več vrst sesalcev, vključno s človekom, in povzroča akutne okužbe dihal. To je enoverižni virus s pozitivnim čutom ribonukleinske kisline (RNA) z ovojnico in 13-kilobaznim genomom, ki vsebuje 14 odprtih bralnih okvirjev (ORF). 5ˈ konec genoma SARS-CoV-2 ima ORF 1a in 1b, ki kodirata poliproteina pp1a in pp1ab, ki se prevedeta v nestrukturne proteine (NSP) 1 do 16. Preostali 3ˈ tretji genom kodira strukturne proteine, vključno s konico (S), membrano (M), ovojnico (E) in nukleokapsida (N).

SARS-CoV-2 se je od svojega pojava leta 2019 razvil v več kot 40.000 genomskih različic. Pandemija, ki jo povzroča SARS-CoV-2, še naprej zahteva življenja po vsem svetu. Zato obstaja nujna potreba po protivirusnih zdravilih, ki bi se lahko borila proti ponovnemu pojavu in pojavu novih skrb vzbujajočih različic (VOC). Biologi so hitro razvili 3D strukture skoraj vseh proteinov SARS-CoV-2, ki so zdaj vsi na voljo v Protein Data Bank (PDB) in bi lahko pomagali pri razvoju zdravil na podlagi strukture.

Prej so raziskovalci oblikovali nukleotidne derivate, ki tekmujejo s fiziološkimi nukleotidi za vezavo na NBP virusnih proteinov kot protivirusna zdravila. Na primer, ameriška agencija za hrano in zdravila (FDA) je odobrila azidotimidin (AZT) kot zdravilo proti virusu humane imunske pomanjkljivosti (HIV), ki cilja na njegovo beljakovino reverzne transkriptaze (RT).

O študiju

V tej študiji so raziskovalci poskušali ponovno uporabiti farmakološko aktivne spojine, ki se vežejo na NBP šestih proteinov SARS-CoV-2. Posebej so ciljali na C-terminalno domeno (CTD) in N-terminalno domeno (NTD) nsp12, nsp13, nsp14, nsp15, nsp16 in N proteina. Identificirali so te NBP na podlagi atomskih struktur, ki so na voljo v PPP. Podobno so izvedli strukturno podprto virtualno testiranje in silico treh knjižnic, da bi hitro prepoznali večtarčna protivirusna zdravila proti SARS-CoV-2.

Pristop Single Molecular Multi-Target (SMMT) je raziskovalcem pomagal pridobiti več potencialnih majhnih molekul proti SARS-CoV-2 z lastnostmi več tarč. Uporabili so izotermno kalorimetrijo (ITC) za merjenje parametrov vezave, kot sta afiniteta in kinetika identificiranih protivirusnih spojin. Nazadnje je ekipa uporabila teste SARS-CoV-2 na osnovi celic, da bi potrdila protivirusno aktivnost podskupine teh spojin.

Ekipa je izvedla molekularno spajanje več nukleotidnih mono- in trifosfatov (NMP/NTP). [(npr. adenozin mono- in trifosfat (AMP in ATP)] in remdesivir. Slednji, nukleotidno predzdravilo analoga adenozina, je služil kot pozitivna kontrola. Raziskovalci so vsako molekulo označili kot potencialnega kandidata za zdravilo, če ima ugoden razpon molekularne toksičnosti in ima farmakokinetične (PK) lastnosti. Uporabili so spletno orodje SwissADME za analizo podobnosti zdravil in silico, ki je karakterizirala izbrane molekule na podlagi njihovih lastnosti absorpcije, porazdelitve, metabolizma in izločanja (ADME).

Poleg tega je ekipa uporabila model BOILED-Egg (Brain Or IntestinaL EstimateD Permeation) za napovedovanje absorpcije v prebavilih (GI) ali prepustnosti spojine v krvno-možgansko pregrado (BBB) ​​kot tudi analizo substrata/nesubstrata P-glikoproteina (Pgp).

Rezultati študije

Ker so nukleozidi/nukleotidi gradniki RNK, tj. virusnega genoma, so lahko molekule, ki ciljajo na nukleozidno okostje, obetavne protivirusne molekule. Čeprav je težko oceniti obnašanje teh molekul in vivo, so se metode in silico izkazale za zelo uporabne pri zagotavljanju jasnih dokazov o interakciji molekule zdravila s ciljnim proteinom in njegovi biološki uporabnosti v gostiteljskem organizmu.

Najprej so raziskovalci izbrali 30 najboljših spojin, katerih vezavna energija je bila enaka ali večja od pozitivne kontrole v izbranem nizu proteinov SARS-CoV-2. Ekipa je napovedala podobnost zdravilu prvih desetih od teh 30 spojin. Končno vezavno energijo so pridobili po molekularnem spajanju spojin. Čeprav je teh deset spojin pokazalo visoko vezavno energijo za virusne tarče, njihovi fizikalno-kemijski parametri niso pokazali sprejemljivih lastnosti za podobnost zdravilu.

Poleg tega je ekipa ovrednotila te spojine z uporabo termodinamičnih kriterijev, pri čemer je razkrila samo tri najboljše spojine s potencialom proti SARS-CoV-2. To so bili olaparib, INCB28060 in VX-809. Zanimivo je, da so imele tudi tri obetavne spojine iz vsake knjižnice podobno medsebojno delujoče aminokisline. Poleg tega so tri od devetih potencialnih spojin (INCB28060, natrijev darglitazon in kolumbianadin) pokazale pomembno protivirusno aktivnost v različnih testih in vitro. Najmočnejša spojina je bil natrijev darglitazon, katerega polovična največja efektivna koncentracija (EC50) je bila manjša od 10 µM.

Vsi trije kandidati za zdravila so pokazali tudi zaviralne lastnosti, vendar sta imela INCB28060 in natrijev darglitazon največjo aktivnost proti SARS-CoV-2. Zanimivo je, da ima kolumbianadin analgetične, protivnetne in protitumorske lastnosti ter je tudi zaviralec napetostno odvisnih kalcijevih (Ca2+) kanalčkov. Protivirusni učinek kolumbianadina proti SARS-CoV-2 prek modulacije aktivnosti ionskih kanalov zahteva nadaljnje eksperimentalne raziskave.

Diploma

Trenutna študija je poudarila uporabnost metod, ki temeljijo na strukturi, pri odkrivanju potencialne molekule zdravila, ki bi lahko ciljala na več proteinov SARS-CoV-2. Po mnenju avtorjev so te molekule zdravila v kliničnem testiranju in bi jih lahko kmalu uporabili za protivirusno terapijo proti SARS-CoV-2.

Referenca:

• 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