La principale protéase du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) est une enzyme impliquée dans la transcription et la réplication du coronavirus. Une nouvelle recherche menée par S. Samar Hasnain de l’Université de Liverpool au Royaume-Uni a utilisé le médicament Ebselen contenant du sélénium pour analyser la protéase principale du SRAS-CoV-2 (Mpro).
Ils ont trouvé la cystéine inactivée par l’atome de sélénium dans la poche catalytique de la protéase principale – empêchant la croissance du SRAS-CoV-2 et la réplication virale. Les résultats de l’étude peuvent aider à développer des thérapies pour inhiber la protéase principale du virus.
Les chercheurs écrivent:
« Bien que notre étude présente un intérêt immédiat évident pour le SRAS-CoV-2, elle a des applications thérapeutiques plus larges des composés organo-sélénium par le nouveau mécanisme chimique de la sélénation des cystéines des protéases dans d’autres coronavirus zoonotiques bêta actuels et ceux qui pourraient émerger dans le avenir. »
L’étude «Nouveau mécanisme d’inhibition de la protéase principale du SRAS-CoV-2 par ebselen et ses dérivés» est disponible en pré-impression sur le bioRxiv* serveur, tandis que l’article est soumis à un examen par les pairs.
Structures cristallographiques de Mpro sans ligand et les complexes avec ebselen et MR6-31-2. a, représentation de bande dessinée de structures superposées de Mpro sans ligand (magenta), Mpro-ebselen (cyan) et Mpro-MR6-31-2 (vert). Le site catalytique Mpro est mis en évidence dans une boîte noire. Vues rapprochées du site catalytique de b, Mpro sans ligand, c, Mpro-ebselen et d, Mpro-MR6-31-2. La carte de densité électronique (2Fo-Fc) est représentée par un maillage gris à 1. Un signal anormal de sélénium est représenté par un maillage violet à 3. L’atome de sélénium et les eaux sont représentés respectivement par des sphères orange et rouge.
Justification de l’étude actuelle
Des travaux antérieurs des chercheurs avaient utilisé ebselen et cinq autres dérivés pour inhiber la principale protéase du SRAS-CoV-2 et bloquer la réplication. Ils avaient découvert que les composés ebselen à base de sélénium étaient les plus efficaces pour inhiber l’enzyme et la réplication virale.
L’inhibition s’est produite parce qu’ebselen a donné un atome de sélénium et a formé une liaison covalente au niveau du site catalytique principal de la protéase. Cela a provoqué un blocage de la dyade catalytique histidine-cystéine.
Sur la base des résultats, l’équipe a émis l’hypothèse dans cette étude actuelle que l’amélioration d’ebselen à base de sélénium à l’aide de l’échafaudage ebselen pourrait encore améliorer l’activité antivirale.
Résultats
Les chercheurs ont étudié la réactivité de l’ebselen et de ses dérivés avec Cys145 et s’il pouvait inhiber l’activité protéolytique de la protéase principale SAR-CoV-2.
Ils ont découvert que l’ebselen et les autres composés étaient de puissants inhibiteurs avec des niveaux sous-micromolaires de CI50. Deux dérivés d’ebselen appelés MR6-7-2 et MR6-18-2 étaient deux fois plus efficaces pour inhiber la protéase principale.
L’équipe a également testé ebselen et ses dérivés et leur capacité à arrêter la réplication virale dans les cellules Vero humaines infectées par le SRAS-CoV-2. Mr6-31-2 était trois fois plus efficace que le parent ebselen dans la promotion de l’activité antivirale.
« Ces résultats indiquent une interaction claire sur la cible de ces composés avec Mpro avec un pouvoir inhibiteur significatif pour le SRAS-CoV-2 et en tant que tel un potentiel de développement en tant que traitements pour les patients COVID-19. «
Pour déterminer le mécanisme d’inhibition, les chercheurs ont utilisé une carte de densité électronique du sélénium basée sur des données de diffraction utilisant des rayons X à la longueur d’onde près du bord d’absorption du sélénium.
Bien qu’aucune densité de sélénium n’ait été trouvée dans l’enzyme sans ligand, il y avait une forte densité dans la dyade catalytique cystéine-histidine dans les structures des protéases principales traitées au ligand.
Environ 60% du sélénium occupait l’espace lors de l’utilisation de Mpro-ebselen et 80% lors de l’utilisation de Mpro-MR6-31-2 cristaux, en accord avec les données précédentes trouvant une liaison au niveau de la poche catalytique provoquant la formation d’une liaison sélényl-sulfure avec Cys145.
L’équipe de recherche a observé que l’activité inhibitrice d’ebselen et de ses dérivés était induite par un atome de sélénium lié au site catalytique principal de la protéase qui inactivait la cystéine.
La sélénation du site catalytique se produit en raison de l’hydrolyse
Sur la base des résultats, l’équipe a suggéré que ce mécanisme se produit en raison de l’hydrolyse au niveau du principal site actif de la protéase, qui libère le sous-produit phénolique salicylanilide lors de l’interaction avec ebselen.
L’équipe a optimisé sa méthode LC / MRM-MS en utilisant du salicylanilide standard pour obtenir un chromatogramme pour confirmer cette hypothèse. Les échantillons d’Ebselen en incubation ont montré des pics de 6,37 minutes correspondant au salicylanilide standard.
La concentration mesurée de salicylanilide dans les échantillons d’ebselen était de 1,28 ng / ml après 4 heures. Cela indique que la formation de salicylanilide dans l’incubation de la protéase principale avec ebselen se produit de manière dépendante du temps.
Les résultats confirment que le mécanisme de sélénation au site principal actif de la protéase s’est produit en raison d’un produit d’hydrolyse.
« Nous proposons que His41 puisse aider une attaque à médiation par l’eau sur l’adduit intermédiaire 2 dans une réaction d’hydrolyse de type SNAr avec l’intermédiaire 3 éventuellement stabilisé d’une manière semblable à des intermédiaires tétraédriques d’hydrolyse peptidique dans le trou d’oxyanion du site actif. »
*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.
