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La pandémie COVID-19 en cours s'est avérée extrêmement difficile à contenir. Il est causé par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), qui est un virus à ARN avec 82% de similitude génomique avec le SRAS-CoV antérieur qui a provoqué une épidémie de maladie respiratoire en 2003. Les scientifiques ont essayé de développer des antiviraux et vaccins, ciblant divers composants essentiels de l'interaction virus-hôte. Maintenant, une nouvelle étude publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en août 2020, des rapports sur l'identification de 14 composés qui peuvent inhiber l'enzyme virale clé appelée la protéase principale (MPro) à des concentrations micromolaires.
Sélection de composés à haut score de l'amarrage consensus.
Sommaire
Protéases virales de cystéine
Le SARS-CoV-2 a deux cystéine protéases, à savoir la cystéine de type chymotrypsine ou protéase principale, connue sous le nom de 3CLpro ou Mpro, et la cystéine protéase de type papaïne, PLpro. Celles-ci sont importantes car elles décomposent les grandes polyprotéines du génome viral en protéines non structurales réelles nécessaires à l'encapsidation et à la réplication virales. L'objectif de la présente étude était de trouver des composés qui inhiberaient cette étape et empêcheraient ainsi le virus de se répliquer.
Mpro agit sur la liaison peptidique Gln-Ser dans une séquence spécifique, et divise ainsi la polyprotéine 1ab en plusieurs sites. Il s'agit d'un site de clivage unique à cette cystéine protéase, contrairement à toute cystéine protéase humaine connue à ce jour. La structure cristallographique aux rayons X de cette enzyme montre qu'il s'agit d'un dimère de deux molécules identiques, chacune avec trois domaines. Les deux premiers, Domaines I et II, forment un bêta-baril de six brins, dans lequel le site actif est caché. Le domaine III forme un groupe de cinq hélices alpha antiparallèles et agit comme un contrôleur de dimérisation.
Les domaines II et III se connectent via une boucle flexible. Le site actif Mpro est hautement conservé parmi tous les coronavirus. Les résidus interagissent avec les ligands liés à l'enzyme, ainsi qu'entre les deux protomères, stabilisant la poche de liaison P1. Ainsi, cette structure dimère est probablement nécessaire à son activité catalytique.
Réutilisation de petites molécules pour l'inhibition de Mpro
Une approche actuellement attrayante est la réutilisation des médicaments, et cela a déjà montré un gain immédiat dans l'approbation du remdesivir. Cependant, ce médicament n'a pas complètement répondu à ses attentes. D'autres médicaments dont l'utilisation contre ce virus a été explorée comprennent le lopinavir, l'association lopinavir / ritonavir, la chloroquine, l'hydroxychloroquine et le favipiravir, n'ont pas non plus montré de résultats sans équivoque.
L'étude actuelle visait à découvrir de petites molécules qui inhibent le Mpro, parmi les médicaments connus, ainsi qu'à identifier certaines sous-structures prometteuses qui peuvent être facilement synthétisées pour une optimisation supplémentaire. Les chercheurs s'attendent à trouver des médicaments actifs, mais pas aux niveaux nanomolaires qui caractérisent une thérapie efficace.
Projection virtuelle
Les chercheurs ont d'abord présenté un organigramme d'amarrage moléculaire à l'aide duquel ils ont examiné 2000 médicaments approuvés. Cela leur a permis de calculer les scores d'amarrage en utilisant différents programmes d'amarrage. Ils ont comparé les 200 meilleurs composés et sélectionné les 42 premiers qui ont dépassé au moins trois des courses d'amarrage. Ils ont trouvé une large gamme de composés, y compris ceux utilisés pour traiter les infections microbiennes, l'hypertension artérielle, la psychose et le cancer. Ils agissent également par une variété de mécanismes, y compris les agonistes des récepteurs de la dopamine, les antagonistes, l'inhibition de la protéase et le blocage des canaux calciques.
Ils ont trouvé une grande cohérence dans les poses prévues pour ces 42 coups. Ils ont ensuite suivi avec un examen visuel attentif du nombre et du type de contacts entre les molécules, de la conformation et de la stabilité à l'aide de simulations de dynamique moléculaire (MD), et de la possibilité de pouvoir les modifier par synthèse. Cela les a aidés à écarter des scénarios improbables, l'apparition d'un trop grand nombre de groupes esters ou de molécules excessivement grandes ou complexes. Ce processus a éliminé la moitié de ces composés et réduit le champ à 17 molécules.
Dans tous ces composés, le motif commun était le motif en feuilles de trèfle, occupant les poches P1, P1 'et P2. Un autre motif récurrent était l'interaction entre deux groupes aryles, l'un sur le bord et l'autre sur le visage, dans la poche P1.
Succès inhibiteurs prometteurs de Mpro
Enfin, ils ont trouvé 17 composés répondant à tous leurs critères, dont 16 peuvent être obtenus dans le commerce et le dernier facilement synthétisé à partir d'un autre ester disponible dans le commerce. Ils ont ensuite effectué des simulations MD pour ces 14 composés prometteurs sous forme complexée, pour comprendre lesquels formeraient des complexes stables et seraient donc de meilleurs inhibiteurs. Bien qu'ils n'aient pas trouvé de corrélations claires avec l'activité mesurée, ils attribuent cela aux limites de la technique et proposent que l'utilisation de procédures de DM plus avancées puisse surmonter cet obstacle.
Ceux-ci ont été directement testés pour l'inhibition de Mpro. Ils ont constaté que 14 d'entre eux présentaient une inhibition de Mpro à des concentrations (IC50) de 100 μM ou moins. Cinq d'entre eux (manidipine, bocéprévir, éfonidipine, lercanidipine et bédaquiline) ont été efficaces pour réduire l'activité inhibitrice de 60% ou plus, à des concentrations de 40 μM.
Parmi ceux-ci, les plus prometteurs étaient la manidipine et le bocéprévir avec des valeurs de CI50 d'environ 5 μM. Le premier est un inhibiteur des canaux calciques, tandis que le second est un inhibiteur de protéase du virus de l'hépatite C. On prévoit que les différentes sous-unités du bocéprévir s’intègreront bien dans les poches de liaison P1, P1 »et P2, alors qu’il existe des liaisons hydrogène supplémentaires.
Implications
L'étude montre ainsi que cette approche réussit très bien à générer des composés principaux qui ont une activité inhibitrice contre Mpro, et peut fournir des composés de base pour l'optimisation afin de fournir une éventuelle chimiothérapie antivirale pour arrêter la pandémie.
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé ou être traités comme des informations établies.
