Les molécules à base de bocéprévir montrent une puissance antivirale élevée contre le SRAS-CoV-2

Dans une étude publiée sur le bioRxiv* serveur de pré-impression, une équipe de chercheurs a mené une étude de relation structure-activité de molécules à base de bocéprévir pour trouver des candidats médicaments antiviraux ciblant la protéase M du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2)^Pro.

Les traitements actuellement disponibles pour la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) ne sont pas très efficaces, de sorte que des efforts de recherche sur la réorientation des médicaments sont nécessaires pour identifier des candidats-médicaments qui pourraient être efficaces en tant que traitements COVID-19, en particulier M^Pro inhibant les petites molécules. Dans ce contexte, le bocéprévir, un puissant M^Pro inhibiteur, a été largement explorée en tant que médicament COVID-19 réutilisé.

Lorsque le SRAS-CoV-2 infecte les cellules humaines, son génome à ARN se traduit en polypeptides pp1a et pp1ab, dont M^Pro est un fragment protéase/peptide. Ces peptides subissent une hydrolyse protéolytique pour former des protéines non structurelles (nsps), qui sont essentielles à la réplication virale, échappant au système immunitaire de l’hôte et à l’empaquetage de nouveaux virions pour infecter de nouvelles cellules hôtes. L’intervention de l’hydrolyse protéolytique est considérée comme une approche efficace pour contenir l’infection par le SRAS-CoV-2. Comme M^Pro traite la majorité des nsps, c’est la cible principale des candidats médicaments antiviraux à large spectre contre le SARS-CoV-2.

Étude : Le carbamate N-terminal est la clé d’une puissance cellulaire et antivirale élevée pour les principaux inhibiteurs de la protéase du SRAS-CoV-2 à base de bocéprévir. Crédit d’image: NIAID

L’étude

Les chercheurs ont conçu et synthétisé un total de 19 M à base de bocéprévir^Pro des inhibiteurs de MPI29 à MP147, et un inhibiteur de PF07321332, un composé de Pfizer inclus en raison de sa similitude avec le bocéprévir.

M à base de bocéprévir^Pro les inhibiteurs ont été synthétisés en introduisant des modifications dans l’ensemble de ses quatre poches de liaison – ogive cétoamide, un fragment P1 b-cyclobutylalanyle, un P2 diméthyl-cyclopropyl proline, un P3 tert-butylglycine et un P4 N-terminal tert-butylcarbamide.

Les chercheurs ont suivi les directives du couplage peptidique lors de la synthèse de ces inhibiteurs et ont caractérisé in vitro M^Pro pouvoir d’inhibition en déterminant leur CI₅₀ valeurs suivant un protocole établi qui a utilisé un substrat fluorogène Sub3. Ils ont également caractérisé les structures cristallines de M^Pro lié avec dix inhibiteurs en utilisant la cristallographie aux rayons X et la puissance antivirale des inhibiteurs in vitro et dans les cellules hôtes humaines (en cellulo).

Structures cristallines de MPro liées avec 10 MPI. (A) Cartes 2Fo-Fc profilées au niveau de 1″ autour de 10 MPI et C145 dans le site actif de MPro. Les structures de site actif pour MPro liées avec (B) MPI29, (C) MPI30, (D) MPI32-36, (E) MPI37, (F) MPI38 et (G) MPI42. Les lignes jaunes pointillées entre les inhibiteurs et MPro sont des liaisons hydrogène potentielles.

Résultats

Les courbes d’inhibition de M^Pro les inhibiteurs étaient bien définis, présentaient 100 % d’activité antivirale sans inhibiteur et atteignaient ~ 100 % d’inhibition virale à des concentrations d’inhibiteur de 10 µM.

De tous les inhibiteurs, alors que le MPI29 a montré le plus in vitro puissance et avait un IC₅₀ valeur de 9,3 nM, MPI30 a montré une valeur inférieure in vitro puissance, indiquant l’importance du résidu d’opale P1 dans l’amélioration des interactions avec M^Pro. Le MP130 était également 100 fois plus puissant que le bocéprévir et avait un IC₅₀ valeur de 40 nM. Bien que le MPI29 et le MPI30 aient montré un très faible dans cellulo puissance, ils étaient très puissants M^Pro inhibiteurs in vitro.

Tous les inhibiteurs de MPI31-36 ont montré beaucoup plus in vitro CI₅₀ valeurs que MPI30 en raison d’un appendice chimique supplémentaire dans le -cétoamide, car l’azote conduit à des interactions moins favorisées avec M^Pro. À l’exception du MPI45, tous les autres inhibiteurs avec une coiffe carbamide P4 N-terminale ont présenté une faible puissance cellulaire et antivirale. Bien que structurellement similaire à MPI47, PF-07321332 a montré un IC 10 fois inférieur₅₀ valeur que MPI47 en raison d’une coiffe de trifluoroacétamide P4 N-terminale responsable de ses interactions uniques avec M^Pro. Les inhibiteurs ayant le résidu opale P1, P2 diméthyl-cyclopropyl proline et P4 N-terminal tert-butylcarbamide ont fait des interactions hydrophobes plus fortes avec M^Pro, montrant par la suite un niveau élevé in vitro puissance.

De plus, l’analyse de la structure cristalline a montré que tous les inhibiteurs formaient un adduit covalent avec le M^Pro cystéine du site actif. Dans son M^Pro structure complexe, un inhibiteur contenant un isovaléramide N-terminal P4 a été caché profondément dans une petite poche reconnue comme une chaîne latérale d’alanine P4 dans un substrat.

Bien que tous les inhibiteurs aient montré un niveau élevé in vitro puissance, leur en cellulo la puissance était sensiblement différente dans les cellules 293T humaines. Alors que les inhibiteurs avec un carbamide ou un amide N-terminal P4 ont montré une faible en cellulo puissance, changer le capuchon N-terminal P4 en un carbamate a inversé cette tendance. De même, l’introduction d’une P3 O-tert-butyl-thréonine a amélioré en cellulo puissance.

Conclusion

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude suggèrent que le remplacement de l’ogive cétoamide par un site aldéhyde et P1 par un résidu b-(S-2-oxopyrrolidin3-yl)-alanyl (opale) conduit à une forte in vitro puissance. De plus, les fractions bocéprévir originales aux positions P2, P3 et P4 N-terminales ont montré une plus grande in vitro puissance que les autres fractions chimiques testées.

D’après les résultats de l’étude, bien que le bocéprévir inhibe M^Pro, son pouvoir inhibiteur dans une cellule humaine (en cellulo) est faible, ce qui le rend modérément efficace contre le SRAS-CoV-2. Cependant, les trois inhibiteurs dérivés du bocéprévir avec un carbamate P4 N-terminal présentent une puissance cellulaire élevée et également une puissance antivirale élevée contre le 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, orienter la pratique clinique/le comportement lié à la santé, ou traités comme des informations établies.