Avec la deuxième et la troisième vagues de la pandémie COVID-19 frappant de nombreuses côtes, la possibilité que le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) devienne endémique est devenue beaucoup plus probable. De plus, les scientifiques envisagent désormais de futures épidémies mortelles de coronavirus. Cela a intensifié l’intérêt pour la biologie structurale fondamentale du virus.
Une nouvelle étude américaine publiée sur le bioRxiv * preprint server rapporte l’utilisation d’un échafaudage à base d’amiloride qui cible une structure d’ARN viral connue pour être essentielle dans la réplication virale dans la région non traduite en 5 ‘(UTR) du virus. Les chercheurs affirment que cela annonce l’application de ces molécules en tant que sondes chimiques pour explorer la biologie virale et produire des antiviraux spécifiques ciblant les régions ARN du génome du coronavirus.
Cycle de réplication du SARS-CoV-2. Le virus pénètre dans les cellules humaines par endocytose en se liant au récepteur ACE2 et en libérant son génome ARN de sens positif. Le virus exploite la machinerie hôte pour faciliter une réplication virale efficace, ce qui conduit finalement à une progression de l’infection.
Sommaire
Thérapeutique limitée pour COVID-19
Il n’y a que très peu de médicaments qui ont reçu l’approbation d’une utilisation même d’urgence par la Food and Drugs Administration (FDA) des États-Unis pour une utilisation dans COVID-19, malgré l’utilisation généralisée hors AMM de nombreux médicaments anciens et nouveaux. L’un des médicaments approuvés est le remdesivir, un inhibiteur de l’ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp), développé à l’origine pour lutter contre Ebola. L’efficacité de ce médicament est au mieux modérée, sans aucune preuve qu’il réduit la mortalité. Cependant, des études supplémentaires sont nécessaires pour décider de cet aspect du médicament.
Un autre aspect important, outre l’efficacité, est l’évolutivité et la facilité de fabrication d’un médicament. Le remdesivir nécessite plusieurs étapes et un processus de synthèse stéréospécifique. De petites molécules entrent maintenant sur le terrain, comme le baricitinib (Olumiant), qui inhibe la cascade inflammatoire associée à la gravité de la maladie. Il est maintenant réutilisé de son rôle d’origine dans le traitement de la polyarthrite rhumatoïde, pour servir de médicament compagnon au remdesivir dans COVID-19.
La difficulté de trouver des antiviraux efficaces dans la pandémie actuelle a stimulé la recherche de meilleures approches de développement de médicaments qui révéleront des structures virales ciblables, contribuant ainsi à prévenir et à traiter les épidémies de coronavirus actuelles et futures.
Auparavant, des cibles protéiques virales ont été identifiées, telles que l’endocytose virale précédant son entrée dans le cytosol hôte, l’assemblage des protéines virales; et condensation du génome viral pour l’assemblage du virion.
Petites molécules avec cibles ARN
L’étude actuelle se déplace vers de petites molécules qui ciblent l’ARN. De petites molécules qui se comportent comme des médicaments peuvent être utilisées pour explorer la fonction de diverses protéines et de grandes molécules, agissant comme des sondes chimiques. Ils offrent également un échafaudage sur lequel construire un médicament cliniquement efficace et sûr avec une biodisponibilité élevée.
De petites molécules dirigées contre l’ARN font lentement leur apparition comme agents thérapeutiques, un médicament ciblant l’ARN non ribosomique approuvé il y a quelques mois pour aider les patients atteints d’amyotrophie spinale (AMS). Il a également été démontré qu’une multitude d’ARN viraux et d’autres ARN impliqués dans des processus pathologiques sont ciblés efficacement par de petites molécules.
Petite molécule inhibant la traduction médiée par UTR 5 ‘
Les chercheurs visent à exploiter la conservation de certaines séquences et structures de motifs ARN du SRAS-CoV-2. Plus précisément, ils ont identifié la présence de tiges-boucles à l’extrémité 5 ‘du génome de l’ARN et d’autres structures impliquées dans le décalage de cadre et la réplication.
Quatre des cinq boucles de tige de l’UTR 5 ‘ont des séquences conservées de 70% à 100% à travers les divers membres du genre. Leur position dans l’UTR 5 ‘suggère qu’ils contiennent des nucléotides homologues avec une équivalence fonctionnelle. Ce sont apparemment des éléments cis impliqués dans la régulation de la réplication virale. Une telle régulation peut se produire par le biais d’interactions protéine-ARN ou d’effets ARN-ARN allostériques entre les boucles souches sur le 5’-UTR.
Très récemment, des études ont montré l’importance du 5′-UTR, en ce que sa présence dans la voie de traduction au sein de la cellule hôte multiplie par cinq le rendement protéique. Cela souligne son rôle central dans la traduction efficace des protéines virales et la prise en charge virale des processus de traduction de la cellule hôte.
En particulier, l’UTR 5 ‘a plusieurs structures ciblables, qui peuvent être liées par de petites molécules, résultant en une activité antivirale contre plusieurs virus à ARN comme le virus de l’hépatite C et EV71. D’autres ARN viraux qui peuvent être efficacement ciblés comprennent les éléments de décalage de cadre (FSE) du SRAS-CoV-2. Par exemple, une petite molécule engageant la structure en épingle à cheveux atténuateur près du pseudoknot du FSE peut être utilisée en combinaison avec la technologie RIBOTAC (ribonucléase ciblant la chimère). Cette volonté
Analogues d’amiloride
L’amiloride est un échafaudage de liaison à l’ARN commun et a été raffiné synthétiquement pour cibler l’entérovirus EV71. Les chercheurs ont utilisé des antiviraux à base de diméthylamiloride (DMA) qui cibleraient l’ARN au niveau du site d’entrée ribosomique interne (IRES) dans le 5′-UTR de l’entérovirus EV71. Il s’agit d’une approche qui permet le réglage synthétique d’une construction d’ARN connue.
La base DMA a été en outre fonctionnalisée pour fournir un composé antiviral bioactif, qui a formé un complexe avec l’ARN viral au niveau de la tige-boucle II de l’IRES, et avec la protéine hôte, AUF1. Ce complexe ternaire réprime la traduction et empêche ainsi la réplication virale.
Réduction du titre viral
Un criblage préliminaire de la bibliothèque DMA ciblée, utilisant des cellules infectées par l’OC43, a conduit à l’identification de trois composés principaux, à savoir le DMA-132, -135 et -155, qui réduisaient le titre viral lorsqu’ils étaient testés contre le bêtacoronavirus saisonnier humain OC43. Celui-ci a été sélectionné pour sa faible virulence, évitant ainsi de devoir disposer d’installations de niveau 3 de biosécurité.
On a trouvé que les éléments essentiels des relations structure-activité impliquaient le groupe diméthylamine en C5 et les substituants aromatiques rigides en C6.
Il a été confirmé que ces analogues réduisaient le titre de SARS-CoV-2 de 10 à 30 fois de manière dose-dépendante dans un essai cellulaire. La concentration inhibitrice demi-maximale (IC50) était de 10 et 15 micromoles pour le DMA-135 et 155, respectivement. À ces doses, la cytotoxicité était absente, indiquant leur potentiel d’utilisation thérapeutique.
Dans une expérience de gène rapporteur, l’ajout de DMA a entraîné une réduction significative de la traduction du gène viral de 50% à 90%. Une autre découverte importante est que cette répression traductionnelle par de petites molécules ne dépend que de la présence de l’extrémité 5 ‘de la séquence virale.
5 ‘UTR-liaison vitale à l’activité antivirale
L’activité antivirale s’est avérée être une fonction du 5′-UTR et de la région proximale du génome. Une exploration plus poussée révèle des sites de liaison ciblables dans les régions de type renflé dans les boucles de tige 4 et 5a dans le 5′-UTR, et dans la boucle de tige 6 de ORF1a.
Les interactions DMA-boucle de tige ont été examinées par RMN, montrant que les DMA ont provoqué des perturbations de déplacement chimique pour chacune des boucles de tige, se produisant via des surfaces spécifiques de la région 5 ‘. La liaison DMA se produit de préférence à de grandes boucles internes ou bombées dans les boucles de tige. Le degré auquel de telles perturbations se produisent varie également, certains DMA provoquant l’interaction de différentes surfaces et d’autres conduisant à un élargissement des signaux. L’interaction la plus significative était dans la tige-boucle 6, qui a une boucle de renflement de 16 nucléotides, montrant un appariement faible. L’extrémité 5 ‘de cette boucle peut interagir avec l’antigène de la nucléocapside et ainsi réguler l’empilement du génome pour former des virions intacts.
Ils ont également effectué une analyse d’amarrage informatique qui prend en charge les données RMN et suggère que les trois DMA se lient à trois poches distinctes mais proches. Les boucles de tige avec des renflements prévus se sont révélées les plus appropriées pour les interactions médicamenteuses. Les trois composés candidats avec l’activité antivirale la plus élevée avaient le score le plus élevé lorsqu’ils étaient examinés contre les boucles de tige avec les plus grandes perturbations de déplacement chimique après la liaison du DMA. Ceci corrobore en outre l’adéquation potentielle de ces analogues en tant que ligands de ciblage pour l’ARN tige-boucle du SRAS-CoV-2.
*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.
