Dans une récente étude publiée sur bioRxiv* serveur de prétirage, les chercheurs ont évalué des inhibiteurs non covalents très puissants du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) 3-chymotrypsine-like protease (3CLpro).
Sommaire
Arrière plan
La transmission généralisée du virus causal de la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19), le SRAS-CoV-2, a nécessité le développement d’agents antiviraux spécifiques et puissants contre le SRAS-CoV-2. Une enzyme appelée 3CLpro est essentielle à la réplication du SRAS-CoV-2 et a été considérée comme une cible potentielle pour découvrir des thérapies médicamenteuses efficaces.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, les chercheurs ont exploré le développement d’inhibiteurs non covalents et spécifiques du SARS-CoV-2 3CLpro.
L’équipe a criblé des bibliothèques codées par l’acide désoxyribonucléique (ADN) (DEL) de plus de 49 millions de composés avec de l’hexahistidine (His6)-tagged purifié recombinant SARS-CoV-2 3CLpro, qui était lié au nickel (Ni2+)-perles magnétiques d’acide nitrilotriacétique (NTA). De plus, Son6-tag a été intégré au 3CLpro sans affecter l’activité de la protéase. De plus, le 3CLpro-mHis a été immobilisé sur les billes magnétiques et incubé avec du DEL.
Les composés codés par ADN liés ont été traités par réaction en chaîne par polymérase quantitative (qPCR) avant d’effectuer le séquençage de l’ADN. Les accès DEL ont ensuite été classés en fonction des chémotypes et classés en fonction des calculs d’amarrage. Les composés comprenant un cycle bromophényle et un cycle isoquinoline ont été reconnus comme des candidats potentiels pour les liants SARS-CoV-2 3CLpro. La version hors ADN de cinq composés détectés a ensuite été synthétisée et leur activité inhibitrice contre le 3CLpro viral a été évaluée.
La capacité inhibitrice de WU-04 contre le SARS-CoV-2 Omicron 3CLpro a été évaluée. De plus, l’activité de WU-02 et WU-04 pour lier et inhiber 3CLpro a été estimée en cristallisant 3CLpro avec WU-02 et WU-04 et en déterminant les structures par remplacement moléculaire. L’équipe a également comparé les modes de liaison associés au WU-04 et à trois inhibiteurs non covalents et six covalents, dont PF-00835231, du SARS-CoV-2 3CLpro.
Résultats
Les résultats de l’étude ont montré que les structures cristallines du SARS-CoV-2 3CLpro affichaient Thr225 et Gly215 dans la boucle située à l’extrémité de l’interface dimère et du site catalytique. Un test basé sur la fluorescence a révélé que l’activité protéasique de l’His63CLpro marqué, appelé 3CLpro-mHis, a été comparé à celui observé dans le 3CLpro de type sauvage (WT). Quatre des liants potentiels de 3CLpro ont inhibé 3CLpro avec une concentration inhibitrice demi-maximale (IC50) de moins de 1µM. L’équipe a noté que les composés les plus puissants étaient WU-02 avec IC50 de 71 nM et WU-04 avec IC50 de 72 nM. De plus, les données de calorimétrie de titrage isotherme (ITC) ont montré une affinité de liaison élevée entre 3CLpro et WU-04.
L’équipe a observé que la structure cristalline de WU-04 montrait une liaison significative à la poche catalytique 3CLpro, ce qui suggérait que WU-04 empêchait les substrats 3CLpro d’interagir avec la dyade catalytique. Par conséquent, WU-04 était un inhibiteur compétitif du SARS-CoV-2 3CLpro. Selon les interactions observées entre 3CLpro et ses substrats peptidiques correspondants, la poche catalytique 3CLpro pourrait être stratifiée en S1, S1′, S2 et S4. De plus, le cycle isoquinoléine de WU-04 s’est amarré au site S1, tandis que les groupes 6-nitro et 4-bromo du cycle bromophényle se sont amarrés aux sites S2 et S4, respectivement. Notamment, l’interaction amino-π trouvée entre la chaîne latérale Gln189 et le cycle phényle a amélioré la puissance de WU-04.
L’inhibiteur covalent de 3CLpro appelé PF-00835231 avait une fraction γ-lactame qui interagissait avec le site S1, similaire à la chaîne latérale de la glutamine aux positions P1 des substrats 3CLpro. De plus, le fragment γ-lactame avait de l’oxygène carbonyle qui formait une liaison hydrogène avec 3CLpro His163. Cela impliquait qu’un fragment capable de former une liaison hydrogène avec His163 était essentiel pour l’action inhibitrice de 3CLpro.
D’autres structures signalées avaient soit un γ-lactame, un cyclobutyle, une pyridine, un benzotriazole ou un fragment 1-méthyl-1H-1,2,4-triazole qui s’est amarré au site 3CLpro S1. L’équipe a noté que la principale distinction entre les inhibiteurs signalés et WU-04 était la présence d’un cycle bromophényle dans WU-04 qui s’est bien ancré dans les sites S2 et S4.
De plus, WU-04 a affiché une inhibition significative du SRAS-CoV 3CLpro, tandis que WU-06 n’a présenté aucune activité de ce type. L’affinité de liaison notée entre le SARS-CoV 3CLpro et le WU-04 était d’environ 65 nM. De plus, les principaux résidus trouvés dans la poche de liaison aux inhibiteurs associés au SARS-CoV 3CLpro ainsi que les interactions entre ces résidus et WU-04 étaient comparables à ceux notés entre les structures SARS-CoV-2 3CLpro et WU-04.
Notamment, l’alignement des séquences 3CLpro du SRAS-CoV-2 sur celles du SRAS-CoV, du coronavirus du syndrome respiratoire du Moyen-Orient (MERS-CoV) et de quatre autres CoV humains a montré que les résidus importants qui interagissaient directement avec le WU-04 étaient conservés. De plus, d’autres résidus qui se trouvaient à moins de 5 Å des structures WU-04 dans la structure SARS-CoV-2 3CLpro ont également été conservés, ce qui implique que WU-04 était un pan-inhibiteur efficace du CoV 3CLpro.
Conclusion
Dans l’ensemble, les résultats de l’étude ont montré que le WU-04 était un inhibiteur puissant et non covalent du SARS-CoV-2 3CLpro. WU-04 a également inhibé l’activité enzymatique du SRAS-CoV et du MERS-CoV avec une remarquable affinité de liaison au 3CLpro.
*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.
