В недавнем исследовании журнала Frontiers in Pharmacology используются методы биоинформатики, молекулярного докинга и молекулярной динамики (МД) для определения эффективности солодки при лечении коронавирусной болезни 2019 (COVID-19). В частности, исследователи описывают различные механизмы, с помощью которых солодка уменьшает воспалительную реакцию, ингибирует повреждение тканей и гибель клеток, регулирует выживаемость клеток и способствует росту тканей после тяжелого острого респираторного синдрома, вызванного коронавирусом 2 (SARS-CoV-2).

Исследование:  изучение механизма действия солодки при лечении COVID-19 с помощью биоинформатического анализа и моделирования молекулярной динамики. Изображение предоставлено: васанаджай / Shutterstock.com

Фон

Отсутствуют эффективные терапевтические средства против COVID-19 с небольшим количеством побочных эффектов. Тем не менее, многочисленные растительные препараты, по-видимому, эффективны в ограничении проникновения и репликации SARS-CoV-2 в клетках-хозяевах.

Несколько исследований показали, что многие активные соединения солодки, например, могут эффективно нейтрализовать SARS-CoV-2 и минимизировать симптомы COVID-19 . Эти эффекты, вероятно, связаны со способностью этих компонентов нарушать взаимодействие между доменом, связывающим рецептор SARS-CoV-2 (RBD), и рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) клетки-хозяина.

Кроме того, кверцетин, который является активным компонентом солодки, по-видимому, снижает уровень интерлейкина-6 (ИЛ-6), в то время как тритерпеноидный сапонин солодки А3 (А3) и глицирризиновая кислота (ГК) нацелены на RBD SARS-CoV-2 и не- структурный белок 7 (nsp7).

Об исследовании

Молекулярная динамика (МД) опирается на большие компьютерные кластеры для получения данных о физико-химических свойствах, микроструктуре и рабочих характеристиках интересующего материала. МД-моделирование предоставило важную информацию о взаимодействиях белков, белок-лиганд, белок-белок, белок-ДНК и различных других биомолекулярных взаимодействиях, чтобы лучше понять эти процессы на молекулярном уровне.

В текущем исследовании MD позволил исследователям оценить сродство активных компонентов солодки к различным вирусным мишеням. Кроме того, МД стимулировал стабильность этих связанных комплексов для дальнейшего анализа.

Исследователи также использовали несколько биоинформационных платформ, в том числе белок-белковое взаимодействие (PPI), Киотскую энциклопедию генов и геномов и анализ генной онтологии (GO), чтобы оценить потенциальные механизмы, с помощью которых солодка оказывает противовирусное действие против SARS-CoV-2. Кроме того, моделирование системы молекулярного движения также использовалось для определения эффективности солодки при лечении COVID-19 на атомном уровне.  

Результаты исследования

База данных фармакологии системы традиционной китайской медицины (TCMSP) использовалась для извлечения 200 соединений из солодки, одиннадцать из которых были проверены. Было обнаружено, что из 255 и 4628 генов-мишеней солодки и COVID-19, соответственно, 101 мишень является общей для солодки и COVID-19.

Из этих 101 гена-мишени 27 были основными интерсекциональными генами-мишенями. Анализ обогащения этих генов-мишеней в базе данных DAVID выявил несколько процессов, сильно коррелирующих с передачей цитокинов и воспалением. Большинство из этих процессов включали регуляцию экспрессии генов, цитокин-опосредованного воспалительного ответа и сигнальных путей. 

Целевая сеть основных генов болезни была создана, чтобы продемонстрировать основные биологические процессы и сигнальные пути солодки для лечения COVID-19. Результаты молекулярного докинга выявили множество гидрофобных взаимодействий, водородных связей, конъюгацию катион-пи и конъюгацию пи-пи.

Одиннадцать из этих ключевых генов-мишеней впоследствии были отобраны для анализа молекулярного докинга. Комплекс, образованный после взаимодействия между активным ингредиентом солодки Phaseol и хемокиновым лигандом 8 с мотивом CXC (CXCL8), и альфа-субъединицей рецептора интерлейкина 2 (IL2RA), был опосредован гидрофобными взаимодействиями, что указывает на стабильность связей внутри обоих этих комплексов.

CXCL8 привлекает нейтрофилы, базофилы и Т-клетки к очагу инфекции. Кроме того, CXCL8 участвует в различных провоспалительных сигнальных каскадах и других цитокинах. Таким образом, связывание Phaseol с CXCL8 может снижать активацию различных воспалительных клеток.

IL2RA, по-видимому, участвует в нескольких путях введения лекарственных средств и IL-2, которые участвуют в активации иммунных клеток и регуляции микроокружения опухоли. Таким образом, Phaseol может также оказывать противовоспалительное действие благодаря взаимодействию с этим белком.

Другие важные проанализированные комплексы включают комплексы между активными ингредиентами солодки глиасперином F и глициролом и генами-мишенями матриксной металлопептидазы 1 (ММР-1) и преобразователем сигнала и активатором транскрипции (STAT3) соответственно.

Анализ PPI показал, что глицирол действует на STAT3, регулируя пролиферацию и выживание клеток, тогда как этот метод показал, что MMP1 регулирует гидролиз и процессинг белка.

Анализ GO также показал, что MMP1 участвует в связывании кальция и металлопептидазной активности. Поскольку ММР1 также играет важную роль в различных воспалительных заболеваниях и патологических процессах, регуляция этой металлопротеиназы с помощью глиасперина F может быть ответственна за определенные антиоксидантные и противовоспалительные свойства солодки, особенно при лечении COVID-19.

Выводы

Текущее исследование предоставило in silico прогнозы того, как несколько активных ингредиентов солодки могут взаимодействовать с различными мишенями COVID-19. Некоторые из ключевых комплексов, идентифицированных в этом исследовании, включают CXCL8/Phaseol, IL2RA/Glycyrol, STAT3/Glycyrol и MMP1/Glyaspern F. Взятые вместе; эти результаты дают новое представление о механизмах, с помощью которых различные активные малые молекулы солодки оказывают противовирусное действие против SARS-CoV-2.