L’analyse identifie un inhibiteur potentiel du SRAS-CoV-2 Nsp15

La maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) est une infection virale causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2). Cette maladie a provoqué la pandémie la plus grave de ce siècle, avec près de 150 millions d’infections documentées, plus de trois millions de décès, et continue de dévaster de nombreux pays avec des vagues successives d’infection.

En l’absence d’antiviral spécifique et efficace, la principale intervention susceptible de mettre un terme à la pandémie est la vaccination. Plus d’une vingtaine de vaccins nouvellement développés contre le COVID-19 ont été déployés, partout dans le monde, à la suite d’une autorisation d’utilisation d’urgence. Des dizaines de millions de doses ont été administrées.

Cependant, à mesure que des variantes plus récentes et plus infectieuses, et peut-être plus virulentes, du virus émergent et que les retards de vaccination deviennent évidents dans de larges segments de la population mondiale, il est clair que la pandémie est loin d’être terminée. Par conséquent, le besoin d’antiviraux reste plus urgent que jamais.

Un nouveau papier dans le Journal de modélisation moléculaire rapporte la découverte de composés antiviraux prometteurs à succès grâce à l’utilisation d’études de modélisation informatique sur des composés naturels ayant une activité inhibitrice contre une ou plusieurs enzymes virales.

Structure cristalline de la protéine monomère NSP15. Crédit d’image: https://link.springer.com/article/10.1007/s00894-021-04750-z/figures/2

NSP15 peut être une cible virale

Le matériel génétique d’acide ribonucléique viral (ARN) code à la fois pour ses protéines structurales, telles que le pic et la nucléoprotéine. Cependant, il code également deux grandes polyprotéines qui sont traitées pour donner 16 protéines non structurales (NSP) différentes. Ce sont des enzymes vitales pour la réplication virale et le traitement ultérieur de l’ARN sous-génomique.

Cependant, la fonction de NSP15 n’est toujours pas claire. On l’appelle également endoribonucléase spécifique de l’ARN uridylate (NendoU), et bien qu’elle contribue à la réplication virale, elle ne semble pas essentielle pour ce processus. Il peut également inhiber les réponses cellulaires antivirales ou décomposer l’ARN viral pour échapper à sa détection par le système immunitaire de l’hôte.

Malgré ce manque de clarté, NSP15 est nécessaire pour une fonction virale normale. En raison de cette certitude, sa structure cristalline a été résolue sous deux formes, appelées l’apo et la forme citrate. Certains aspects de cette structure comprennent les domaines N-terminaux hélicoïdaux alpha, les brins bêta et les feuillets bêta formant le domaine intermédiaire, et les feuillets bêta antiparallèles formant le domaine C-terminal.

Le SARS-CoV-2 NSP15 existe sous forme de dimère dans la structure cristalline mais peut former des hexamères à l’état actif. Le domaine catalytique de type NendoU dans le domaine C-terminal fait partie d’une enzyme de traitement de l’ARN répandue et très importante.

Des études antérieures ont montré cinq inhibiteurs possibles de la NSP15, à savoir la dihydroergotamine, le glisoxyde, l’idarubicine, l’ergotamine et le tasosartan. L’étude actuelle visait à concevoir des composés personnalisés pour fournir une large activité antivirale. Cela pourrait produire des composés qui agissent comme des médicaments mais qui sont déjà utilisés chez l’homme, accélérant le cycle de développement.

Analyse virtuelle de composés naturels

En utilisant un mélange de composés naturels, à partir de la bibliothèque ZINC d’environ 11 000 composés fonctionnels, les chercheurs ont pratiquement criblé des ligands de haute affinité.

Ils ont effectué un amarrage global à la macromolécule NSP15. Cela a donné cinq résultats optimaux. Parmi celles-ci, les molécules qui ont interagi avec NSP15 avec les meilleurs profils énergétiques ont été étudiées plus avant.

Deux molécules, représentées par 1776037 et 95372568, ont montré 21 interactions totales, à la fois polaires et non polaires. Les deux avaient une énergie de liaison presque identique, avec une différence de seulement 0,6 kcal / mol, mais la dernière a 3 liaisons hydrogène contre une seule avec la première.

Ainsi, cela a été sélectionné comme le meilleur succès, et des simulations d’amarrage moléculaire ont été ensuite effectuées, montrant le degré de précision requis dans les configurations d’amarrage protéine-ligand.

Prédiction de la toxicité

L’étude montre également que ces composés sont les meilleurs choix pour le développement de médicaments, car ils présentent la plus grande efficacité avec les effets secondaires les plus faibles. Ils correspondent également à la règle de Lipinski de 5 pour un bon médicament. La règle de Lipinski établit des lignes directrices pour les propriétés physicochimiques d’un composé qui aident à décider s’il est susceptible d’être bien absorbé lorsqu’il est administré par voie orale.

Simulations de dynamique moléculaire (MD)

D’autres études de dynamique moléculaire (MD) sur cinq complexes NSP15-ligand ont montré une forte équilibration, tous les systèmes montrant une stabilisation soutenue. Cela s’explique par des fluctuations d’énergie RMSD (écart carré moyen droit) relativement faibles. Le meilleur score d’amarrage a été observé avec le composé 1777791, qui a montré l’affinité de liaison la plus élevée dans les étapes précédentes.

Cependant, dans l’ensemble, l’équilibre le plus élevé a été observé avec le composé 1776037.

Lorsque la liaison hydrogène est examinée, le plus grand nombre a été observé avec NSP15-95372568, mais le moins avec les complexes NSP15-25575299 et NSP15-1776037. Les changements dans la structure secondaire étaient les moindres dans le complexe NSP15-1777791, mais dans tous les cas, il y a un modèle cohérent de changement, indiquant une liaison ligand efficace.

En conséquence, il est possible que les effets fonctionnels biologiques de 1776037 puissent être minimisés en l’utilisant dans la liaison NSP15 avec 95372568, sans risque d’effets indésirables.

La protéine NSP15 ne montre aucun changement significatif dans la structure après la liaison avec la plupart de ces ligands sauf avec le composé 1776037. De plus, la protéine s’avère très réceptive au ligand, adaptant sa conformation pour permettre un meilleur ajustement du ligand.

Cependant, le complexe NSP15-1776037 est le plus structurellement stable pour la liaison au ligand car il a le rayon de giration le plus bas (Rg). Le Rg est une mesure de la compacité, indiquant la taille globale de la protéine en mesurant la distance des différents atomes du centre de masse commun.

Les autres complexes montrent une légère diminution du Rg lors de la liaison du ligand, indiquant que ce processus aide à stabiliser la protéine sous sa forme compacte stable.

D’autres analyses d’énergie libre montrent que le complexe NSP15-95372568 a l’interaction la plus élevée avec le NSP viral.

Quelles sont les conclusions?

Sur la base des résultats globaux, l’étude indique qu’avec le composé 1776037, le composé 95372568 offre de bonnes perspectives pour un médicament antiviral pour lutter efficacement contre le SRAS-CoV-2.

Ces composés interagissent avec NSP15 sur le site actif, en particulier au niveau des résidus ARG199, ASN200, TYR279 et ASP297, tous à la surface de la protéine. Ces liaisons polaires et non polaires seront essentielles pour abolir la fonction virale et lutter ainsi contre la poursuite de la transmission du virus.

La stabilité et la forte affinité de liaison de ces composés ont montré qu’ils étaient des composés principaux prometteurs en tant qu’inhibiteurs de NSP15, et peut-être les deux peuvent-ils être utilisés ensemble pour une inhibition plus puissante. D’autres études in vitro sont nécessaires pour valider ces résultats.