Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de pré-impression, les chercheurs ont passé au crible 5 000 médicaments approuvés par la Food and Drug Association (FDA) pour identifier les médicaments réutilisés ciblant le clivage de la protéine de pointe (S) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) à la fois à la frontière S1/S2 et S2′.
Lors de l’établissement de l’infection par le SRAS-CoV-2, la sous-unité S1 de sa glycoprotéine trimérique S se lie au récepteur de l’enzyme de conversion de l’angiotensine 2 (ACE2) sur les cellules hôtes, et la sous-unité S2 entraîne la fusion virale avec les membranes des cellules hôtes.
Après la liaison à l’ACE2, S est clivé protéolytiquement à sa jonction S1/S2 par des protéases de type furine, suivi d’un événement de clivage secondaire au site S2′ médié par la sérine protéase transmembranaire 2 (TMPRSS2) et la trypsine (protéases humaines), libérant finalement les domaines S2 pour la fusion virale au niveau de la membrane plasmique et l’entrée virale dans la cellule hôte. En variante, la voie médiée par les protéases de la cathepsine L (catL) permet l’activation de S pour la fusion par absorption endosomale du virion dans certains types de cellules.
Les structures de tout-atome de la protéine SARS-CoV-2 S, montrant une région structurelle bien établie à S2 ‘, sont maintenant disponibles, ce qui pourrait faciliter la réalisation d’un criblage moléculaire de médicaments. De plus, le site S2’ est conservé (non sujet aux mutations comme ACE2) dans toutes les variantes du SARS-CoV-2.
Concevoir des stratégies thérapeutiques contre la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) qui resteront efficaces contre les futures variantes du SRAS-CoV-2 est également crucial car la protection vaccinale n’est pas à 100 % et sa distribution est inéquitable à travers le monde.
Sommaire
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont obtenu une suite d’ensembles structuraux de complexes protéases-protéines S humaines, capturant toutes les configurations thermiquement accessibles à l’aide de simulations de dynamique moléculaire d’échange de répliques (REMD). Ils ont également inclus la mutation D936Y (près du site de liaison de la trypsine de S2 ‘) dans les analyses de l’étude pour obtenir des ensembles structuraux du complexe trypsine-protéine S mutante.
Les chercheurs ont analysé des ensembles de protéines récurrents dans les bases de données pour cribler différentes confirmations des mêmes médicaments moléculaires. La procédure d’amarrage d’ensemble a permis de classer les molécules en fonction de leurs affinités de liaison prévues avec les protéases non liées et les protéines S (monomères) et les complexes protéase-protéine S. Au total, les chercheurs ont regroupé 17 monomères et 24 structures complexes après avoir effectué plus de 205 000 calculs d’amarrage sur 5 000 petites molécules et identifié environ 200 molécules avec des énergies libres de liaison < -7,4 kcal/mol.
Ils ont filtré 200 molécules sur la base de la toxicité aiguë (DL50) et du coefficient de Tanimoto des ligands pour identifier des ligands uniques à faible toxicité, conduisant à seulement 55 médicaments. Ceux-ci ont été soumis à un total de simulations de dynamique moléculaire (MD) de tous les atomes de 17,0 μs, chacune avec 100 ns, à l’aide de la machine GROningen pour les simulations informatiques (GROMACS-2018).
Au total, 173 configurations initiales de complexes petites molécules-protéines ont été simulées dans un environnement aqueux en utilisant le potentiel intermoléculaire transférable avec modèle d’eau à 3 points (TIP3P) pour assurer la neutralité de charge (Na+ ou Cl–). Ainsi, aider les chercheurs à évaluer la stabilité de ces interactions médicament-cible et à quantifier leur énergie de liaison en présence du solvant.
Les tracés RMSD et les énergies de liaison des simulations MD ont classé les interactions médicament-cible. En utilisant la méthode Molecular Mechanics Poisson-Boltzmann Surface Area (MM-PBSA), ils ont estimé les énergies libres de liaison des complexes protéases-S stables pour obtenir environ 20 résultats. Ceux-ci ont été testés expérimentalement pour leur potentiel antiviral, au moins dans un cas (contre catL), pour leur potentiel à inhiber l’activité protéasique.
Résultats
Le regroupement de l’écart quadratique moyen (RMSD) des structures obtenues à partir de l’amarrage d’ensemble a produit des structures des trois principaux groupes, qui représentaient plus de 70 % de tous les états conformationnels.
De chaque ensemble, ils en silicone ont criblé les trois premières configurations (à l’exception de S2′) de trois structures de protéase non liées et d’une structure limite S1/S2. En revanche, pour le criblage de S2′, ils ont utilisé une configuration équilibrée. Notamment, les valeurs RMSD au sein de chaque ensemble variaient de 0,9 à 1,3 Å.
le en silicone des expériences ont prédit l’inhibition de catL pour deux des cinq molécules, soulignant le potentiel de ce pipeline pour le criblage de médicaments à haut débit. Ces médicaments, la nystatine et la rifapentine, ont montré des effets inhibiteurs mesurables sur l’activité de catL. Actuellement, la nystatine est utilisée pour traiter les infections fongiques de la bouche, tandis que la rifapentine est un antibiotique utilisé pour le traitement de la tuberculose.
Les chercheurs ont également identifié l’irbésartan et le nébivolol comme des médicaments potentiels spécifiques à la variante D936Y.
conclusion
Ensemble, les données de l’étude ont indiqué que TMPRSS2, la trypsine et catL sont des cibles potentielles pour la réorientation des médicaments et pour la conception de nouveaux antiviraux contre l’infection par le SRAS-CoV.
Il est attrayant car les protéases médient l’inhibition du clivage protéolytique de la protéine SARS-CoV-2 S. Cela empêche la libération de matériel génomique viral dans le cytoplasme de la cellule hôte et est efficace contre l’entrée virale extracellulaire et endosomique.
Les auteurs ont averti que les médicaments identifiés dans l’étude nécessitent une évaluation plus approfondie en milieu clinique avant d’être utilisés pour le traitement du COVID-19. Par la suite, leurs applications prématurées pourraient être nocives et entraîner une pénurie de médicaments pour les patients qui en ont actuellement besoin.
*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, guider la pratique clinique/les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
