В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Virology , исследователи изучили препараты прямого действия для лечения тяжелого острого респираторного синдрома коронавируса-2 (SARS-CoV-2), которые конкурируют за нуклеотидсвязывающие карманы (NBP) белков SARS-CoV-2.

Фон

SARS-CoV-2 принадлежит к подгруппе бета — коронавирусов (β-CoV) семейства Coronaviridae отряда Nidovirales. Он поражает несколько видов млекопитающих, в том числе человека, вызывая острые респираторные инфекции. Это оболочечный вирус с одноцепочечной рибонуклеиновой кислотой (РНК) с положительным смыслом, геном из 13 тысяч оснований и 14 открытых рамок считывания (ORF). 5ˈ-конец генома SARS-CoV-2 имеет ORF 1a и 1b, которые кодируют полипротеины pp1a и pp1ab, которые транслируются в неструктурные белки (NSP) с 1 по 16. Оставшаяся 3ˈ-треть генома кодирует структурные белки, включая шип (S), мембрана (M), оболочка (E) и нуклеокапсид (N).

С момента своего появления в 2019 году SARS-CoV-2 эволюционировал с более чем 40 000 геномных вариантов. Пандемия, вызванная SARS-CoV-2, продолжает уносить жизни во всем мире. Следовательно, существует острая потребность в противовирусных препаратах, которые могли бы бороться с его рецидивами и появлением новых вариантов, вызывающих озабоченность (ЛОС). Биологи за короткое время разработали трехмерные структуры почти всех белков SARS-CoV-2, и все они теперь доступны в Банке белковых данных (PDB) и могут помочь в открытии лекарств на основе структуры.

Ранее исследователи сформулировали производные нуклеотидов, конкурирующие с физиологическими нуклеотидами за связывание с NBP вирусных белков, в качестве противовирусных препаратов. Например, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) одобрило азидотимидин (AZT) в качестве препарата против вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), который действует против его белка обратной транскриптазы (RT).

Об исследовании

В настоящем исследовании исследователи попытались перепрофилировать фармакологически активные соединения, которые связываются с NBP шести белков SARS-CoV-2. Они специально нацелены на С-концевой домен nsp12, nsp13, nsp14 (CTD) и N-концевой домен (NTD), nsp15, nsp16 и N-белок. Они идентифицировали эти NBP, используя атомарные структуры, доступные в PDB. Кроме того, они развернули виртуальный скрининг трех библиотек с поддержкой структуры для быстрой идентификации многоцелевых и эффективных противовирусных препаратов против SARS-CoV-2.

Одномолекулярный многоцелевой подход (SMMT) помог исследователям получить несколько потенциальных малых молекул против SARS-CoV-2 с многоцелевыми характеристиками. Они использовали изотермическую калориметрию (ITC) для измерения параметров связывания, таких как аффинность и кинетика, идентифицированных противовирусных соединений. Наконец, команда использовала клеточные анализы SARS-CoV-2, чтобы подтвердить противовирусную активность подмножества этих соединений.

Команда выполнила молекулярную стыковку нескольких нуклеотидных моно- и трифосфатов (NMP/NTP) [(например, аденозинмоно- и трифосфата (AMP и ATP)] и ремдесивира. Последний, нуклеотидный пролекарство аналога аденозина , служил в качестве положительного контроля.Исследователи помечали любую молекулу как потенциального кандидата в лекарство, если она демонстрировала благоприятный диапазон токсичности молекулы и фармакокинетические (ФК) свойства.Они использовали онлайн-инструмент SwissADME для анализа подобия лекарства in silico , который характеризовал выбранные молекулы. на основе их свойств абсорбции, распределения, метаболизма и выделения (ADME).

Кроме того, команда использовала модель BOILED-Egg (оценка проникновения в мозг или кишечник) для прогнозирования абсорбции соединений через желудочно-кишечный тракт (ЖКТ) или проникновения через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и анализа субстрата/несубстрата P- гликопротеина (Pgp).

Результаты исследования

Поскольку нуклеозиды/нуклеотиды являются строительными блоками РНК, т. е. вирусного генома, молекулы(ы), нацеленные на нуклеозидный каркас, могут быть многообещающими противовирусными молекулами. Хотя трудно оценить поведение этих молекул in vivo , методы in silico оказались очень полезными для получения убедительных доказательств взаимодействия любой молекулы лекарственного средства с белком-мишенью и его биодоступности внутри организма-хозяина.

Во-первых, исследователи отобрали 30 лучших соединений, энергия связывания которых была равна или превышала положительный контроль в выбранном наборе белков SARS-CoV-2. Команда предсказала лекарственное сходство десяти лучших соединений из этих 30. Они получили окончательную энергию связи после молекулярной стыковки соединений. Хотя эти десять соединений обладали высокой энергией связывания с вирусными мишенями, их физико-химические параметры сходства с лекарством не показали приемлемых свойств.

Кроме того, команда оценила эти соединения с использованием термодинамических критериев, которые выявили только три лучших соединения с потенциалом против SARS-CoV-2. Это были олапариб, INCB28060 и VX-809. Интересно, что три многообещающих соединения из каждой библиотеки также имеют сходные взаимодействующие аминокислоты. Кроме того, три из девяти потенциальных соединений (INCB28060, дарглитазон натрия и колумбианадин) продемонстрировали значительную противовирусную активность в различных анализах in vitro. Наиболее эффективным соединением был дарглитазон натрия, который имел значение половины максимальной эффективной концентрации (EC50) ниже 10 мкМ.

Все три препарата-кандидата также проявляли ингибирующие свойства, но INCB28060 и дарглитазон натрия обладали наибольшей активностью против SARS-CoV-2. Интересно, что доказано, что колумбианадин обладает обезболивающими, противовоспалительными и противоопухолевыми свойствами, а также является ингибитором потенциалзависимых кальциевых (Ca2+) каналов. Противовирусный эффект колумбианадина против SARS-CoV-2 посредством модуляции активности ионного канала требует дальнейших экспериментальных исследований.

Вывод

Текущее исследование подчеркнуло полезность методов, основанных на структуре, для обнаружения потенциальной молекулы лекарства, которая может воздействовать на несколько белков SARS-CoV-2. По словам авторов, эти лекарственные молекулы проходят клиническую оценку и вскоре могут быть повторно использованы для противовирусной терапии против SARS-CoV-2.