Breaking News

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