Studi mengidentifikasi inhibitor baru terhadap protease utama SARS-CoV-2
Dalam penelitian terbaru yang diposting ke server bioRxiv*, para peneliti di University of Arizona menyaring ~11 juta severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) main protease (MPro)-inhibiting small compounds dalam database ZINC15 menggunakan metode structure-based in-silico screening.
Latar belakang
Lebih banyak senyawa antivirus yang membatasi replikasi
SARS-CoV-2 dan mengurangi keparahan penyakit coronavirus 2019 (COVID-19) masih
sangat dibutuhkan di tengah munculnya variants of concernn (VOC), seperti
Omicron, yang sangat menular dan melarikan diri. surveilans kekebalan yang
diturunkan dari vaksin. Juga, risiko infeksi yang signifikan tetap tinggi di
antara individu yang tidak divaksinasi, immunocompromised, dan rentan.
Dari semua non-structural proteins (NSP), SARS-CoV-2 MPro
sangat penting untuk memproses polipeptida pp1a dan pp1ab yang dikodekan oleh
open reading frame 1 (ORF1) dan ORF1b menjadi protein fungsional, termasuk RNA
dependent-RNA polymerase (RdRP) . Tanpa pembelahan proteolitik sebelumnya oleh
MPro, aktivitas RdRp, yang penting untuk replikasi SARS-CoV-2, sangat
terganggu.
Studi telah melibatkan Mpro dengan induksi seluler tipe I
dan tipe III interferon (IFN) dan respons sitokin proinflamasi, baik secara
langsung maupun tidak langsung. Dengan demikian, penghambatan farmakologis MPro
dapat membatasi replikasi virus dengan menginduksi keadaan antivirus yang
bergantung pada IFN tipe I dan tipe III dalam sel inang. Lebih jauh lagi,
konservasi strukturalnya di semua coronavirus SARS manusia, dengan hanya tiga
mutasi di luar kantong pengikatnya yang diketahui, menjadikan MPro target yang
menarik untuk penghambatan antivirus oleh obat-obatan. Paxlovid, turunan dari
MPro inhibitor GC376, adalah obat COVID-19 yang disetujui.
Tentang studi
Dalam penelitian ini, para peneliti mengidentifikasi
sembilan senyawa timbal dari database ZINC15, yang mereka prioritaskan untuk
validasi menggunakan uji replikasi SARS-CoV-2. Mereka melakukan pengujian ini
dalam sel Vero yang diturunkan dari ginjal monyet rhesus dan sel Calu-3 yang
diturunkan dari paru-paru manusia. Tim memperoleh struktur kristal sinar-X MPro
dari Research Collaboratory for Structural Bioinformatics (RCSB) Protein Data
Bank (PDB). Mereka mendefinisikan kantong pengikatan MPro berdasarkan inhibitor
X77 yang dilaporkan. Skrining virtual dengan Schrödinger menghasilkan 500
senyawa timbal teratas, yang, pada gilirannya, mengambil sembilan senyawa
timbal untuk pengujian in vitro.
Para peneliti menginfeksi sel Vero dengan SARS-CoV-2 segera
setelah penambahan konsentrasi senyawa timbal yang meningkat. Setelah empat
hari, mereka mengukur jumlah sel yang terinfeksi dengan uji plak pengurangan
virus. Sel yang terinfeksi tanpa adanya senyawa timbal berfungsi sebagai
kontrol positif, sedangkan sel yang tidak terinfeksi dikultur dengan adanya
peningkatan konsentrasi senyawa timbal berfungsi sebagai kontrol untuk
sitotoksisitas.
Dengan cara ini, tim mengukur cytopathic effect (CPE) pada
sel Vero empat hari setelah infeksi SARS-CoV-2 diinokulasi dengan peningkatan
konsentrasi 0,001 hingga 100 M dari tiga senyawa secara bertahap. Secara
bersamaan, mereka menentukan sitotoksisitas senyawa ini di semua dosis.
Temuan studi dan kesimpulan
Para peneliti mengidentifikasi sembilan senyawa timbal yang
menunjukkan interaksi ikatan hidrogen dan interaksi hidrofobik atau hidrofilik
potensial lainnya dengan SARS-CoV-2 MPro dan terikat pada situs pengikatan yang
sama. Dari jumlah tersebut, tiga senyawa, yaitu PATH-6, PATH-7, dan PATH-8,
secara signifikan dapat menekan replikasi SARS-CoV-2 dengan mengganggu
aktivitas MPro. Selain itu, mereka menunjukkan penurunan yang signifikan dalam
jumlah sel yang terinfeksi dibandingkan dengan kontrol positif. PATH-6, PATH-7,
dan PATH-8 menghambat CPE yang diinduksi virus dengan effective concentration (EC50)
antara 1,57 – 9,3 M. PATH-6 tidak menunjukkan tanda-tanda sitotoksisitas, dan
PATH-7 tidak menunjukkan tanda-tanda sitotoksisitas dalam 10 µM.
Ikatan hidrogen, interaksi van der Waals, hidrofobik dan
Pi-Pi antara ketiga senyawa yang divalidasi ini dan SARS-CoV-2 MPro terutama
terjadi pada kantong katalitik dengan ikatan kuat pada histidin (His)41 dan
sistein (Cys)145, yang menunjukkan hal ini residu mungkin secara khusus
terlibat dalam penghambatan SARS-CoV-2 MPro. Secara keseluruhan, percobaan ini
mengkonfirmasi bahwa tiga dari total sembilan senyawa timbal secara signifikan
menekan infeksi SARS-CoV-2 secara in vitro, dan terutama PATH-6 adalah senyawa
yang menjanjikan untuk pengoptimalan lebih lanjut dan dapat ditambahkan ke
reservoir COVID-19 yang ada. Inhibitor MPro untuk pengembangan obat di masa
depan melawan SARS-CoV-2 dan coronavirus.
Selanjutnya, analisis penelitian menunjukkan bahwa residu
asam amino leusin (Leu)141, asparagin (Asn)142, glisin (Gly)143, asam glutamat
(Glu)166, dan glutamin (Gln)189 menstabilkan kompleks MPro-ligan. Tim membangun
tiga struktur MPro dengan mutasi K90R dan memvalidasi semua senyawa ini dengan
memasangkannya ke tiga mutan MPro ini. Afinitas pengikatan serupa dari senyawa
timbal ini ke struktur mutan dibandingkan dengan MPro tipe liar, menunjukkan
bahwa mereka secara kuat menghambat semua VOC SARS-CoV-2 yang saat ini dikenal.
*Pemberitahuan Penting
bioRxiv menerbitkan laporan ilmiah awal yang tidak ditinjau
oleh rekan sejawat dan, oleh karena itu, tidak boleh dianggap sebagai
konklusif, memandu praktik klinis/perilaku yang berhubungan dengan kesehatan,
atau diperlakukan sebagai informasi yang mapan.
Journal reference:
Novel inhibitors against COVID-19 main protease suppressed
viral infection, Vijayan Ramachandran, Yanyun Liu, Qianying He, Andrew Tang,
Patrick Ronaldson, Dominik Schenten, Rui Chang, bioRxiv pre-print 2022, DOI:
https://doi.org/10.1101/2022.11.05.515305, https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.11.05.515305v1
No comments