Une étude méthodologique récente menée par des chercheurs de l’Université du Luxembourg montre que la combinaison d’approches de criblage virtuel, de simulations de dynamique moléculaire et d’apprentissage automatique peut considérablement faciliter les enquêtes de criblage de petites molécules ciblées sur les protéines virales clés du SRAS-CoV-2. Leurs résultats sont actuellement disponibles sur le bioRxiv * serveur de pré-impression.
La pandémie de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), qui est causée par le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2), reste un défi majeur pour les systèmes de santé et les économies du monde entier. Et tandis que les vaccins sont en cours de déploiement dans le monde entier, les thérapies médicamenteuses disponibles font encore défaut.
Parmi ces efforts biomédicaux mondiaux, l’une des stratégies pharmacologiques les plus saillantes et les plus étudiées est de réduire considérablement la charge virale chez les individus infectés qui ont développé des formes sévères de la maladie. D’un point de vue biologique, nous comprenons maintenant assez bien le virus pour identifier les meilleures cibles potentielles d’action.
L’un d’eux est la protéase virale de type 3C SARS-CoV-2 (abrégée en 3CLpro ou Mpro), qui représente un composant indispensable pour la réplication virale. Cette protéase spécifique est utilisée par le virus qui clive les polyprotéines virales en onze protéines non structurales.
Les efforts de criblage informatique en cours qui sont basés sur les ligands et les récepteurs seraient facilités par une meilleure compréhension des caractéristiques hydrophobes, électrostatiques et stériques qui sont spécifiques des inhibiteurs de petites molécules qui se lient de manière stable à 3CLpro, mais sont également valables pour une collection étendue de classeurs identifiés.
Par conséquent, le Dr Enrico Glaab, le Dr Ganesh Babu Manoharan et le Dr Daniel Abankwa de l’Université du Luxembourg ont cherché à identifier les petites molécules inhibitrices de 3CLpro ayant une activité micromolaire, ainsi qu’à développer un modèle de pharmacophore qui délimite clairement les groupes chimiques fonctionnels associés à la reconnaissance moléculaire du ligand par la poche de liaison 3CLpro.
Sommaire
Explorer les inhibiteurs potentiels de protéase
Dans cette étude, les composés les mieux classés et une poignée de molécules de référence de la littérature qui étaient auparavant proposées comme inhibiteurs potentiels de 3CLpro ont été évalués expérimentalement à l’aide d’un test d’activité des ligands afin d’identifier un sous-ensemble d’inhibiteurs et leurs valeurs IC50 (c.-à-d. , une concentration nécessaire pour une inhibition de 50% in vitro).
Sur la base de la taille des bibliothèques de composés, les chercheurs ont testé différentes méthodologies de criblage virtuel – par conséquent, comparant et analysant également l’utilité de diverses stratégies pouvant être utilisées pour la découverte d’inhibiteurs.
Enfin, les inhibiteurs validés (comprenant à la fois des composés naturels avec des informations existantes et des composés synthétiques auparavant non caractérisés) ont été utilisés pour développer un modèle de pharmacophore, qui est essentiellement un modèle de calcul qui élucide les caractéristiques chimiques et stériques des composés qui peuvent se lier à la protéine cible.
a) Représentation de la surface moléculaire de la protéine 3CLpro avec une superposition de tous les actifs confirmés dans la poche de liaison (en haut à droite) dans leurs meilleures conformations d’amarrage de score (uniquement pour GC-376 / GC-373 et la baicaleine, structures cristallines de la protéine-ligand complexes étaient disponibles et utilisés à la place des conformations dérivées de l’ancrage moléculaire). La structure secondaire 3CLpro est affichée sous la forme d’un ruban bleu, entouré par la représentation de surface moléculaire exclue du solvant en bleu transparent, et avec les ligands colorés représentés dans une représentation en bâtonnet. b) Représentation à plus grande échelle de la paire superposée de ligands avec les valeurs IC50 les plus basses: GC-376 (vert clair) et M-8524 (rose) dans la poche de liaison 3CLpro (partie supérieure droite de la figure 3 a); c) paire superposée de ligands rottlerin (violet) et M-1805 (vert foncé); d) paire superposée de ligands amentoflavone (orange) et baicalein (gris clair); e) paire superposée de ligands lutéoline (gris foncé) et pectolinarine (rouge).
Composés actifs sûrs et biodisponibles
Ce type d’approche computationnelle et expérimentale combinée (comme décrit en profondeur dans cet article) a révélé de nouveaux composés naturels et synthétiques qui peuvent inhiber 3CLpro avec une activité micromolaire (comme la rottlerine et le M-9420). En outre, les chercheurs ont également fourni un modèle de pharmacophore qui illustre les propriétés structurelles et chimiques les plus importantes des composés actifs.
Plus spécifiquement, des analyses pharmacophores détaillées indiquent que de nombreux inhibiteurs de 3CLpro partagent une liaison hydrogène et des interactions hydrophobes avec des résidus de poche de liaison, qui incluent des interactions avec les résidus cystéine et histidine essentiels pour la catalyse.
De plus, l’analyse de l’absorption, de la distribution, du métabolisme, de l’excrétion, de la toxicité et des paramètres physico-chimiques des composés à succès confirmés révèle que ces composés diffèrent considérablement en ce qui concerne les propriétés connues ou estimées par ordinateur qui sont jugées pertinentes. Pourtant, un sous-ensemble des résultats montre des caractéristiques de biodisponibilité et de sécurité plutôt favorables.
Implications et recherches complémentaires
Cette étude a montré que chacune des approches utilisées identifiait de manière unique au moins un des inhibiteurs confirmés expérimentalement, ce qui implique que différentes stratégies de criblage peuvent fournir des informations complémentaires et indépendantes utiles pour augmenter le nombre et la diversité des composés actifs identifiés.
L’identification de composés actifs structurellement et chimiquement divers avec un mode de liaison similaire est importante pour la création de modèles de pharmacophore intégrés plus complets », soulignent les auteurs de cette bioRxiv étudier.
Ainsi, il existe maintenant un besoin d’analyses étendues de criblage et d’optimisation structurelle pour les inhibiteurs de 3CLpro. Cela aidera de manière significative non seulement à ouvrir la porte à des évaluations d’activité supplémentaires dans les modèles précliniques, mais également au développement ultérieur du composé principal.
*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.
