Brasilian, Saksan ja Suomen instituutioiden tutkijoiden tekemä tutkimus ehdottaa uutta tietokonesimulaatiostandardia, joka lupaa nopeuttaa uusien bioaktiivisten yhdisteiden etsintää COVID-19:ää aiheuttavaa virusta vastaan. Tutkijat käyttivät menetelmää analysoidakseen SARS-CoV-2:n lisääntymissyklin keskeistä proteiinia, joka on ollut tutkijoiden ja lääketeollisuuden suuren huomion kohteena viruslääkkeiden kohteena. He laskevat, että kehittämällään menetelmällä voidaan lyhentää perustutkimuksen alkuvaiheessa tarvittavaa aikaa kahdesta kolmeen vuoteen alle vuoteen.
Tutkimuksen tuloksista kertova artikkeli on julkaistu lehdessä Biomolekyylirakenteen ja dynamiikan lehti. Kirjoittajat selittävät, että SARS-CoV-2:n ulompi proteiinikuori on runsaasti aminohappoa kysteiiniä, jonka on oltava aktiivinen ja ehjä, jotta virus pysyy elinkelpoisena, ja siksi se tunnetaan sen primaarisena proteaasina (Mpro). Proteaasit ovat entsyymejä, jotka katkaisevat peptidisidoksia aminohappojen ja proteiinien välillä ja hajottavat polyproteiinit (proteiiniketjut) pienemmiksi proteiineiksi, joita tässä viruksessa käytetään tuottamaan RNA:ta, joka koodaa avainrakenteita, kuten piikki (komponentti, jonka avulla voit tunkeutua ja tartuttaa ihmissoluja) ja viruskuoren (ulkokerros, joka suojaa geneettistä materiaalia).
Mproa pidetään COVID-19-lääkkeiden kohteena, koska avainproteiinien pilkkomisen estäminen voi estää viruksen tunkeutumisen ja replikaation. Yksi mahdollisista strategioista sisältää kemiallisten komponenttien syntetisoinnin, jotka on suunniteltu sitoutumaan tällaisten proteiinien tiettyihin osiin niiden inaktivoimiseksi.
Lääkkeiden löytäminen ja kehittäminen kestää keskimäärin 20 vuotta. Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa ehdotetaan menetelmää, joka voisi lyhentää tätä ikkunaa yhdellä vuodella uusien bioaktiivisten yhdisteiden tapauksessa SARS-CoV-2:ta vastaan. Vaikuttavien yhdisteiden etsintä on lääkekehityksen alkuvaihe ja kestää tyypillisesti kahdesta kolmeen vuotta.
“Maailman nyt antaman rokotteen kehityksen prekliinistä vaihetta nopeutettiin käyttämällä SARS-CoV-1:stä julkaistuja tietoja, joista SARS-CoV-2 kehittyi. Emme voi hyötyä tästä, kun teemme perustutkimusta lääkkeen kehittämiseksi, koska meiltä puuttuu tarvittavat perustiedot”, sanoi Glaucio Monteiro Ferreira, artikkelin ensimmäinen kirjoittaja.
Ferreira on professori São Paulon yliopiston lääketieteellisen tiedekunnan (FCF-USP) kliinisen ja toksikologisen analyysin laitoksella Brasiliassa ja suoritti osan tutkimuksesta ollessaan tutkijatohtori Tübingenin yliopistollisessa sairaalassa. Saksassa FAPESP:n tuella. .
Toinen syy lääkekehityksen pitkälle läpimenoaikaan on aineen parhaan antotavan (esimerkiksi suun kautta tai ruiskeena) tutkimisen monimutkaisuus. “Jos se on lääke, joka on nautittava, meidän on varmistettava, että se läpäisee kaikki kehossa olevat esteet päästäkseen paikkaan, jossa sen pitäisi toimia. Nämä yksityiskohdat selittävät, miksi lääkkeiden kehittyminen kestää kauemmin kuin rokotteiden”, hän sanoi. sanoi.
Dimeerit
Ferreira käytti kehittynyttä bioinformatiikkaa ja rakennebiologian tekniikoita tutkiakseen Mpro:ta (kutsutaan myös 3CLproksi), joka tarvitsee kysteiiniä substraattina tai “ruokana” toimiakseen. Aiemmat tutkimukset olivat osoittaneet, että monet SARS-CoV-2:n avainproteiinit ovat monomeerejä, mikä tarkoittaa, että niillä on vain yksi aminohappoketju. “Tiedämme kuitenkin, että virus on dimeeri, jossa on päällekkäisiä proteiiniketjuja. Tämä vaikeuttaa lääkkeiden löytämistä, koska sinun on löydettävä yhdiste, joka voi estää molempien ketjujen muodostumisen”, hän sanoi.
Lupaavia tuloksia oli saavutettu käyttämällä kovalenttisia kysteiiniä sitovia estäjiä aiemmissa tutkimuksissa. Tässä tutkimuksessa tavoitteena oli löytää tapa estää itse kysteiiniä estääkseen Mproa “ruokkimasta” sillä ja estämästä viruksen replikaatiota.
Tietokonesimulaatioita ajettiin etsimään yhdistettä, joka esti kahden ketjun muodostumisen, käyttämällä molekyylidynamiikkaa analysoimaan atomien fyysistä liikettä simuloidussa virushyökkäyksessä ihmissoluja vastaan. Ferreira ja hänen ryhmänsä havaitsivat simulaatioista yhdellä ja kahdella proteiiniligandilla, että monomeerien analyysi röntgendiffraktiolla sai tuloksia kysteiinin kulutuksen ja proteiinin pilkkomisen jälkeen. Tämä lähestymistapa ei keskity tämän vaiheen estoon proteiinissa. replikointi, kiinnostava prosessi.
Sitten he simuloivat kahden inhibiittorin käyttöä, jotka vaikuttavat Mpro:n toimintaan (kovalenttisesti kytketyt ligandit N1 ja N3) ja havaitsivat, että edellinen oli tehokkaampi, koska se ei sallinut sähkövarauksen luovuttamista kysteiinille, mikä “riisti” entsyymin. Tulokset. .
“Simulaatiomme johtivat meidät nopeammin tähän inhibiittoriin, joka voi itse asiassa estää entsyymin toiminnan, mikä osoittaa, että yhdisteestä tulee voimakas lääke”, Ferreira sanoi. Sattumalta Pfizer ilmoitti äskettäin aloitteesta löytää COVID-19-lääke Mprolle, vaikka Ferreiran tutkimus alkoi kauan sitten.
Lisää tietoa:
Glaucio Monteiro Ferreira et ai, SARS-COV-2 Mpro konformaatiomuutokset kovalenttisesti kytkeytyneiden ligandien indusoimat, Biomolekyylirakenteen ja dynamiikan lehti (2021). DOI: 10.1080 / 07391102.2021.1970626