La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) a provoqué une catastrophe mondiale de santé publique, coûtant des millions de vies humaines et mettant les systèmes de santé nationaux au point de rupture tout en mettant un terme à la croissance économique dans le monde. Cela a incité les chercheurs à rechercher des antiviraux efficaces qui pourraient atténuer la gravité de la maladie et réduire le taux de mortalité.
Un nouvel article publié dans Recherches actuelles en biologie chimique discute du potentiel d’une molécule appelée halicine contre le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2).
Introduction
Le développement et la réorientation de nouveaux médicaments sont les deux approches utilisées pour identifier des traitements utiles contre ce virus. Des rapports antérieurs ont montré que certains médicaments à petites molécules avaient une activité utile contre l’agent pathogène, y compris le nitazoxanide, qui avait une activité inhibitrice in vitro contre le SRAS-CoV-2 à de faibles concentrations.
L’halicine est un autre composé appartenant à la même famille des nitrothiazoles. Il s’agit d’un inhibiteur de l’enzyme c-Jun N-terminal kinase (JNK), un régulateur de différentes phases du cycle cellulaire telles que la prolifération, la différenciation et l’apoptose. La modélisation moléculaire a montré que l’halicine se lierait probablement au site actif de JNK via le fragment nitrothiazole.
Plus tard, il a été prédit que cette molécule serait active contre plusieurs agents pathogènes différents, étant capable de se lier à la membrane cellulaire des bactéries via son association avec le fer ionique. L’halicine décompose la force motrice du proton en dissipant sa composante ΔpH.
Pourtant, une autre approche, utilisant l’amarrage moléculaire, a montré que l’halicine pouvait probablement s’insérer dans le site catalytique de l’importante enzyme protéase principale (Mpro) du SRAS-CoV-2 avec une énergie de liaison de -6,1 kcal/mol. Mpro, qui existe sous forme homodimérique en solution, est une autre cible médicamenteuse principale dans la recherche de médicaments contre ce virus, étant la clé à la fois de la réplication virale et de la pathogenèse du COVID-19.
L’utilisation de la cristallographie aux rayons X a en outre montré des détails sur le site actif de Mpro, avec sa dyade catalytique comprenant Cysteine145-Histidine41. Le site de liaison au substrat se trouve entre les domaines et l’homodimère est beaucoup plus actif que le monomère. La molécule d’halicine présente un intérêt particulier car elle cible l’enzyme Mpro et pourrait bloquer la réplication virale.
Qu’a montré l’étude ?
Les résultats d’une évaluation in vitro de la puissance de l’halicine contre le SARS-CoV-2 Mpro ont montré qu’à une concentration inférieure à 0,2 μM, la molécule était capable d’inhiber 50 % des particules virales (concentration inhibitrice demi-maximale, IC50). En revanche, même à 200 μM, le nitazoxanide n’a pas réussi à inhiber l’enzyme.
Comparé à la plupart des inhibiteurs de Mpro qui présentent une liaison non covalente, il s’agit d’une valeur IC50 très faible. De plus, l’halicine est une petite molécule et il est peu probable qu’elle puisse remplir complètement le site actif puisque la poche de liaison Mpro est assez grande. Cela semble à nouveau montrer que le mécanisme d’inhibition est la liaison covalente.
Dans l’étape suivante, les chercheurs ont découvert par analyse par spectrométrie de masse que la liaison covalente se produisait en présence de Mpro et d’hélicine dans un rapport équimolaire et était médiée par le composant nitrothiazole. En d’autres termes, l’halicine est capable de se lier à la fois au monomère inactif et à la forme dimère catalytiquement active de Mpro et d’inhiber l’enzyme de manière covalente.
La corrélation de ces indications avec la structure cristalline de Mpro a montré que, comme prévu, le modèle de liaison de surface a montré que la partie nitrothiazole formait une liaison covalente avec la cystéine145 et s’insérait dans la région située entre les sous-poches P1 et P2.
Ces résultats ont été étayés par la résolution de la structure cristalline du complexe MPro-halicine à partir du modèle de liaison de surface. Les chercheurs ont observé qu’un fragment nitrothiazole d’halicine forme une liaison covalente avec C145 et s’insère dans la zone située entre les sous-poches P1 et P2. Une liaison van der Waals supplémentaire stabilise la liaison Mpro-nitrothiazole.
La preuve montre ainsi l’apparition d’un adduit covalent entre l’halicine et la cystéine catalytique via la substitution aromatique nucléophile (SNAr) du 5-nitrothiazole. Les chercheurs commentent : «Compte tenu de la liaison favorable du 5-nitrothiazole au site actif de MPro et de la forte réactivité de l’halicine avec la cystéine, notre étude fournit un groupe réactif potentiel à base de SNAr de 5-nitrothiazole pour cibler sélectivement la cystéine catalytique Cys145 de MPro en réglant 5-amino -Fraction 1,3,4-thiadiazole de l’halicine.”
Quelles sont les implications ?
Le monde était en alerte totale pendant les deux premières années de COVID-19. De futures pandémies peuvent se produire et devraient se produire, causées par d’autres coronavirus. Cela rend urgente la tâche de trouver des antiviraux pan-coronavirus.
Dans la présente étude, les inhibiteurs de Mpro ont été examinés en raison de l’importance de cette enzyme pour le cycle de vie viral et parce qu’elle est hautement conservée entre les coronavirus. Cela pourrait aider à identifier des antiviraux à large spectre contre cette famille de virus.
La réorientation des médicaments est un moyen efficace et rentable d’y parvenir. Les rapports récents selon lesquels le médicament anti-protozoaire nitazoxanide était recherché pour être réutilisé contre le SRAS-CoV-2 ont conduit à l’étude actuelle sur la molécule similaire halicine. Le succès de ces premiers efforts a conduit les scientifiques à dire : «Pour autant que nous sachions, il s’agit du premier inhibiteur covalent à base de SNAr pour MPro, ce qui indique qu’une grande variété de composés mécaniquement similaires peuvent être testés en tant qu’inhibiteurs de MPro pour rechercher des thérapies anti-SARS-CoV-2.”
