Forskare undersöker läkemedelskandidater som är inriktade på nukleotidbindande fickor av flera SARS-CoV-2-proteiner

Forskare undersöker läkemedelskandidater som är inriktade på nukleotidbindande fickor av flera SARS-CoV-2-proteiner

I en nyligen publicerad studie publicerad i virologi Forskare sökte direktverkande läkemedel mot allvarligt akut respiratoriskt syndrom coronavirus-2 (SARS-CoV-2) som konkurrerar om nukleotidbindande fickor (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

bakgrund

SARS-CoV-2 tillhör undergruppen av beta-coronavirus (β-CoV) i familjen Coronaviridae i ordningen Nidovirales. Det infekterar flera däggdjursarter, inklusive människor, och orsakar akuta luftvägsinfektioner. Det är ett enveloped, enkelsträngat, positiv-sens ribonukleinsyra (RNA) virus med ett 13-kilobas genom som innehåller 14 öppna läsramar (ORF). 5ˈ-änden av SARS-CoV-2-genomet har ORF 1a och 1b, som kodar för polyproteinerna pp1a och pp1ab, som översätts till icke-strukturella proteiner (NSPs) 1 till 16. Det återstående 3ˈ tredje genomet kodar för strukturella proteiner, inklusive spets (M), hölje-nucleoid (N), envelopid (N).

SARS-CoV-2 har utvecklats till mer än 40 000 genomiska varianter sedan dess uppkomst 2019. Pandemin orsakad av SARS-CoV-2 fortsätter att kräva liv över hela världen. Därför finns det ett akut behov av antivirala läkemedel som kan bekämpa återuppkomsten och uppkomsten av nya varianter av oro (VOC). Biologer har snabbt utvecklat 3D-strukturer av nästan alla SARS-CoV-2-proteiner, som nu alla finns tillgängliga i Protein Data Bank (PDB) och kan hjälpa till med strukturbaserad läkemedelsutveckling.

Tidigare har forskare formulerat nukleotidderivat som konkurrerar med de fysiologiska nukleotiderna för att binda till NBP av virala proteiner som antivirala läkemedel. Till exempel har US Food and Drug Administration (FDA) godkänt azidotymidin (AZT) som ett läkemedel mot humant immunbristvirus (HIV) som riktar sig mot dess omvänt transkriptas (RT)-protein.

Om studien

I den aktuella studien försökte forskare återanvända farmakologiskt aktiva föreningar som binder till NBPs av sex SARS-CoV-2-proteiner. De riktade sig specifikt mot den C-terminala domänen (CTD) och N-terminala domänen (NTD) av nsp12, nsp13, nsp14, nsp15, nsp16 och N-proteinet. De identifierade dessa NBP baserat på de atomära strukturerna som finns tillgängliga i det preliminära budgetförslaget. På samma sätt utförde de strukturassisterad virtuell in silico-screening av tre bibliotek för att snabbt identifiera multi-target antivirala medel mot SARS-CoV-2.

Single Molecular Multi-Target (SMMT)-metoden hjälpte forskare att få flera potentiella små anti-SARS-CoV-2-molekyler med multi-target-egenskaper. De använde isotermisk kalorimetri (ITC) för att mäta bindningsparametrar som affinitet och kinetik för de identifierade antivirala föreningarna. Slutligen använde teamet cellbaserade SARS-CoV-2-analyser för att bekräfta den antivirala aktiviteten hos en undergrupp av dessa föreningar.

Teamet utförde molekylär dockning av multipla nukleotidmono- och trifosfater (NMP/NTP). [(t.ex. adenosinmono- och trifosfat (AMP och ATP)] och remdesivir. Den senare, en nukleotidprodrug av en adenosinanalog, fungerade som en positiv kontroll. Forskarna flaggade varje molekyl som en potentiell läkemedelskandidat om den hade en gynnsam molekylär toxicitetsintervall och farmakokinetiska egenskaperna för silico (PKMEs) hade för Swiicos. läkemedelslikhetsanalys, som karakteriserade de utvalda molekylerna baserat på deras absorptions-, distributions-, metabolism- och utsöndringsegenskaper (ADME).

Dessutom använde teamet BOILED-Egg (Brain Or Intestinal EstimateD Permeation)-modellen för att förutsäga den gastrointestinala (GI) absorptionen eller blod-hjärnbarriärens (BBB) ​​permeation av en förening, såväl som substrat/icke-substratanalys av P-glykoprotein (Pgp).

Studieresultat

Eftersom nukleosider/nukleotider är byggstenarna i RNA, det vill säga det virala genomet, kan molekyler som riktar sig mot nukleosidskelettet vara lovande antivirala molekyler. Även om det är svårt att bedöma in vivo-beteendet hos dessa molekyler, har in silico-metoder visat sig vara mycket användbara för att tillhandahålla tydliga bevis på interaktionen mellan en läkemedelsmolekyl och målproteinet och dess biotillgänglighet i värdorganismen.

Först valde forskarna ut de 30 bästa föreningarna vars bindningsenergi var lika med eller större än den positiva kontrollen i den utvalda uppsättningen SARS-CoV-2-proteiner. Teamet förutspådde droglikheten för de tio bästa av dessa 30 föreningar. De erhöll den slutliga bindningsenergin efter molekylär dockning av föreningarna. Även om dessa tio föreningar uppvisade höga bindningsenergier för de virala målen, visade deras fysikalisk-kemiska parametrar inte acceptabla egenskaper för läkemedelslikhet.

Dessutom utvärderade teamet dessa föreningar med termodynamiska kriterier och avslöjade endast tre toppföreningar med anti-SARS-CoV-2-potential. Dessa var olaparib, INCB28060 och VX-809. Intressant nog hade tre lovande föreningar från varje bibliotek också liknande interagerande aminosyror. Dessutom visade tre av nio potentiella föreningar (INCB28060, darglitazonnatrium och columbianadine) signifikant antiviral aktivitet i olika in vitro-tester. Den mest potenta föreningen var darglitazonnatrium, vars halvmaximala effektiva koncentration (EC50) var mindre än 10 µM.

Alla tre läkemedelskandidaterna visade också hämmande egenskaper, men INCB28060 och darglitazonnatrium hade den största anti-SARS-CoV-2-aktiviteten. Intressant nog har Columbianadine visat sig ha smärtstillande, antiinflammatoriska och antitumöregenskaper och är också en hämmare av spänningsstyrda kalciumkanaler (Ca2+). Den antivirala effekten av columbianadin mot SARS-CoV-2 via modulering av jonkanalaktivitet kräver ytterligare experimentell undersökning.

Diplom

Den aktuella studien lyfte fram användbarheten av strukturbaserade metoder för att upptäcka en potentiell läkemedelsmolekyl som kan rikta in sig på flera proteiner av SARS-CoV-2. Enligt författarna är dessa läkemedelsmolekyler i kliniska tester och kan snart användas för antiviral terapi mot SARS-CoV-2.

Hänvisning:

• 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