En l'absence de médicament ou de vaccin efficace, la lutte contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), l'agent responsable du COVID-19, a été lente et inefficace. Maintenant, une nouvelle étude réalisée par des chercheurs de l'Université du Texas et publiée sur le serveur de pré-impression bioRxiv * en août 2020, rapporte la découverte de deux inhibiteurs de l'enzyme hélicase, essentielle à la réplication virale et de la protéine de coronavirus non structurel (CoV) la plus hautement conservée.
Sommaire
Structure atomique de la protéine virale Nsp13
L'étude se concentre sur la clarification de la structure atomique de la protéine virale non structurale SARS-CoV2 Nsp13. Bien qu'il existe certaines structures structurellement homologues dans la littérature publiée, aucune d'elles n'est utile pour l'analyse de l'ancrage moléculaire. Il existe des structures cristallines apo-nsp13 pour le SRAS et le MERS-CoV, qui présentent toutes deux deux chaînes identiques dans leur réseau cristallin. Ce sont respectivement S1A et S1B et M1A et M1B.
Les deux protéines virales diffèrent principalement dans une boucle du domaine Rec1A Rec1A10, qui interagit avec le domaine 1B. Le M1A n'a pas cela en raison de sa nature très dynamique. Il existe diverses autres différences entre les structures nsp13 dans différents virus, et en raison de la grande flexibilité de la structure, il est important d'avoir plusieurs modèles ou modèles montrant l'hélicase dans de nombreuses conformations différentes car elle est très flexible. Chacun de ceux-ci pourrait s'avérer supérieur aux autres en fournissant un substrat pour les inhibiteurs de haute affinité.
Pour y parvenir, les chercheurs ont créé une gamme d'inhibiteurs ayant une affinité pour les modèles d'homologie du SRAS et du SARS-CoV-2 nsp13, soit à l'état apo, soit à l'état lié au substrat. Ils ont réalisé des analyses d'amarrage in silico et un criblage virtuel à haut débit (HTvS). À l'aide de plusieurs modèles analytiques, ils ont recherché des composés inhibiteurs potentiels.
Utilisation du SARS-CoV Nsp13 pour modéliser le SARS-CoV2 Nsp13
Puisque l'hélicase dans les deux virus est identique à 99,8% en séquence, les chercheurs ont résolu la structure cristalline de l'hélicase apo-SARS-CoV nsp13. Ils ont trouvé deux chaînes dans l'unité de cette structure, indiquant qu'elle est intrinsèquement flexible. Ils considèrent qu'il s'agit d'une structure de criblage idéale car il n'y a qu'une seule différence d'acides aminés entre les deux protéines. D'un autre côté, les chercheurs ont constaté qu'il y avait des problèmes avec la qualité des données publiées et une boucle mal ajustée avec des séquences improbables.
Une erreur plus grave était le manque d'ions sulfate typiques qui ne se sont pas révélés liés même sans l'exigence évidente de ces ions. Les chercheurs ont donc régénéré le modèle sur la base du MERS nsp13, qui est similaire à 72% au SARS-CoV-2 nsp13, corrigeant les défauts existants pour créer une nouvelle structure cristalline. Ils ont reconstruit les boucles Walker-A et les ions sulfate dans les deux chaînes en utilisant la structure cristalline apo.
En utilisant diverses techniques, ils ont finalement proposé deux modèles à énergie minimisée très similaires pour les deux paires de chaînes virales, sans défauts stéréochimiques. Ils n'ont observé que quelques différences entre eux dans les domaines Rec2A de domaine 1B, de liaison au zinc et de serrage ATP. Ils rapportent que leur modèle de la chaîne M2B est «la seule structure apo apo-Nsp13 complète sans lacunes dans le modèle».
. Les meilleurs résultats pour le site ATP ATP complexe Nsp13 utilisant le dépistage virtuel. (a) Le complexe Nsp13: ATP: ARN. (b) ATP. (c) Lumacaftor. (d) Emend (aprépitant). Rangée Rangée-2: (e) Nilotinib. f) Zelboraf. (g) Cromolyn. (h) Risperdal.
Construction d'un modèle SARS-CoV-2 nsp13 lié à l'ATP ou à l'ARN
Afin de construire un modèle de l'hélicase SARS-CoV-2 en complexe avec l'ATP ou l'ARNss, les chercheurs ont utilisé le complexe d'hélicase Upf1 de levure13 en raison de sa forte homologie structurelle avec les hélicases MERS / SARS nsp13. Cela permet aux domaines d'être alignés par structure secondaire, fournissant une base pour la création de l'enzyme: structure complexée par l'ATP ou l'ARN avant de minimiser l'énergie de la structure finale.
Ils ont obtenu un bon ajustement, puis ont effectué in silico HTvS sur les cinq modèles d'homologie. Cela a montré 369 médicaments sélectionnés, qui ont été attribués à 93 composés exemplaires par regroupement par propagation d'affinité chimique, illustrant la diversité des médicaments sélectionnés. Ils ont ensuite fixé un seuil limite pour les filtrer à un nombre inférieur d'inhibiteurs utilisés pour le dépistage in vitro ou in vivo. L'utilisation de plusieurs modèles a permis d'identifier les hits qui se chevauchent et ne se chevauchent pas, y compris un site de liaison à l'ATP et quatre sites apo ATP, ces derniers étant non liés.
Médicaments les mieux notés
Les quatre sites apo-ATP ont montré plusieurs cibles possibles de l'hélicase, les principaux prétendants étant la cépharanthine, la céfopérazone, la dihydroergotamine et la céfpiramide. Parmi les molécules ancrées au site de liaison à l'ATP, les composés les mieux notés étaient le lumacaftor, l'émend, le nilotinib et l'irinotécan. Malgré les différentes conformations de la poche de liaison à l'ATP, les 20 principaux médicaments des deux modèles comprennent le lumacaftor, le nilotinib, le liftegrast, l'idarubicine et l'irinotécan.
Le nilotinib et le lumacaftor étaient les molécules d'ancrage les mieux notées pour le site ATP dans les deux modèles. Le nilotinib est un inhibiteur de la tyrosine kinase BCR-ABL, utilisé pour traiter la leucémie myéloïde chronique. Il a été conçu sur la base de la structure cristalline du complexe formé par l'imatinib et la protéine ABL, afin de s'ancrer au site de liaison à l'ATP de la protéine avec une affinité accrue. Il peut également inhiber le complexe nsp12-nsp7-nsp8 du SARS-CoV-2, qui médie l'activité ARN polymérase dépendante de l'ARN. Ce dernier est essentiel pour la synthèse de l'ARN et donc pour la réplication virale.
Le lumacaftor supervise le repliement des protéines et améliore le traitement de F508del, le plus commun des mutants CFTR, responsable de la fibrose kystique, et son transport à la surface cellulaire. Il fait également partie du schéma thérapeutique de cette affection, associé à ce mutant de délétion.
La cépharanthine a obtenu le meilleur score pour le site apo-ATP lors du dépistage, et le lumacaftor pour le dépistage du site complexe ATP. Le premier est connu pour être un inhibiteur du SRAS et du SRAS-CoV-2, via des criblages de médicaments à haut débit et dans des dosages d'ARNsi. Il supprime également l'activité du complexe SARS-CoV-2 Nsp12-Nsp8-Nsp7. L'étude actuelle montre son potentiel d'action synergique sur nsp13 au sein du complexe de réplication virale. Il fournit également une incitation à étudier l'activité inhibitrice du lumacaftor dans des modèles cellulaires et animaux.
Implications
Les chercheurs résument: «Nous avons effectué une modélisation structurelle intégrée approfondie pour construire des modèles structurels atomiques du SARS-CoV2 Nsp13 dans ses conformations liées à l'apo et au substrat. Deux de nos meilleurs résultats HTvS montrent une activité significative dans l'inhibition de l'hélicase SARS-CoV-2 recombinante purifiée. L'étude indique donc le potentiel de réorientation de ces médicaments pour le traitement par COVID-19.
Conclusion
En conclusion, des analyses d'amarrage moléculaire virtuel ciblant la poche de liaison de l'ATP à l'aide de ces modèles structurels ont conduit à l'identification de composés inhibiteurs potentiels, dont beaucoup sont des médicaments humains approuvés. D'un intérêt particulier, donnant l'espoir que ces médicaments peuvent être potentiellement réutilisés pour le traitement du COVID
*Avis important
bioRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas examinés par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, orienter la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.
