Yegor Voronin (shvarz) wrote,
Yegor Voronin
shvarz

Categories:

Дизайн ингибитора протеазы SARS-CoV-2

α-Ketoamides as Broad-Spectrum Inhibitors of Coronavirus and Enterovirus Replication: Structure-Based Design, Synthesis, and Activity Assessment
Crystal structure of SARS-CoV-2 main protease provides a basis for design of improved α-ketoamide inhibitors

Эти две свазаные между собой статьи я выбрал не потому, что в них найдено какое-то очень уж многообещающее лекарство от CoV, а как раз наоборот - таких работ сейчас вагон и маленькая тележка, поэтому они хорошо иллюстрируют современные методы для разработки антивирусных препаратов.

В качестве введения: Практически по определению, для того чтобы лекарство специфично действовало на вирус, нужна мишень, которая есть у вируса и которая ему остро необходима, но которой нет в наших собственных клетках. В этой статье выбрали протеазу вируса. У коронавирусов необходимые им белки (ферменты или те белки из которых состоит вирусная частица) синтезируются как один длинный белок. На границах этих прото-белков находятся специальные последовательности аминокислот Leu-Gln-(Ser,Ala,Gly) - скобкой обозначается что на этом месте может быть любая из этих трех аминокислот. Вирусный белок протеаза находит эти последовательности и режет в месте, показанном стрелочкой: Leu-Gln↓(Ser,Ala,Gly), в результате чего эти белки высвобождаются и могут выполнять свои функции. Если протеаза не разрежет большой белок в этих местах, то вирус не способен будет размножаться. В наших организмах полно разных протеаз, но ни одна из известных не узнает именно такую последовательность аминокислот. Т.е. это отличная мишень для разработки лекарства.

Против выбранной мишени можно разработать лекарства с разными механизмами действия, атакующие разные аспекты специфичной мишени. В данном случае авторы разрабатывают соединение, которое по своей структуре похоже на идущие подряд аминокислоты, которые узнает вирусная протеаза. Оно должно очень хорошо связываться с протеазой, но оно устроено так, что протеаза его или очень плохо режет, или вообще не режет, или (в оптимальном случае) реакция вообще проходит неправильно и белок выходит из строя.

Первую статью авторы видимо готовили еще до появления SARS-CoV-2, в ней нет никаких эксприментов с этим вирусом, но они упоминают его во введении и в обсуждении. Авторы сначала на компьютере проанализировали структуры уже известных протеаз из вирусов родственных SARS-CoV-2 - SARS-CoV, и прочих. Обнаружили что все они имеют очень схожее внутреннее устройство. Что интересно, даже более удаленные родственники, энтеровирусы, тоже имели похожие протеазы, что давало шансы сделать лекарство которое будет обладать очень широким спектром действия.

Они начали с одного соединения (11a), которое на основе их компьютерного анализа имело шансы сработать, синтезировали его и протестировали на а) ингибирование разных очищенных протеаз в пробирке; б) ингибирование вирусоподобных частиц в клеточных культурах; и в) токсичность в клеточных культурах. Ингибирование наблюдалось, но средненькое, и не против всех протеаз. Токсичности не наблюдалось в концентрациях более чем в 10 раз превышавших концентрации необходимые для ингибирования протеаз.

Полученные кристаллы протеаз с этим соединение позволили увидеть как именно он связывается с разными протеазами. Какие варианты его связывания более успешны, а какие нет и почему. На основе этой информации авторы синтезировали целый набор соединений, которые должны были лучше связываться, но на практике оказалось, что ни одно из них не работает лучше исходного. Они также попробовали создать варианты, которые бы лучше работали против тех протеаз, которые не ингибировались исходным соединением, но и тут тоже успехов не достигли.

Вся эта работа на самом деле не пропала зря, потому что анализируя формы связывания и активности разных соединений, авторы таки сообразили где они были не правы и сделали таки новое соединение (11r), которое было лучше исходного - показывало более широкий спектр активности и большую эффективность. Они пытались и дальше улучшить свойства 11r но без особого успеха - то активность снижалась, то спектр. Более того, эффективность всех этих соединений варьировала в зависимости от того, какие для этих экспериментов использовались клетки, что говорило о том, что возможно какие-то клеточные протеазы (которые варьируют от одной клеточной культуры к другой) возможно таки режут это соединение. На этом первая статья закончилась.

Вторую статью они начинают с попыток изменить соединение 11r таким образом чтобы улучшить а) его стабильность в крови спрятав уязвимую химическую связь подальше от клеточных протеаз и б) растворимость в крови заменив гидрофобную часть соединения на более гидрофильную. К этому времени они уже получили кристаллографическую структуру протеазы SARS-CoV-2 и поэтому могли промоделировать как эти изменения должны сказаться на активности нового соединения 13a против этого фермента. Но практика всегда важней и тестирование показало что хотя заявленных целей они добились, но при этом частично потеряли активность.

Тогда они решили забить на широкий спектр действия и оптимизировать соединение для ингибирования именно протеазы нового коронавируса. Следующий вариант 13b получился вполне удачным - и ингибировал лучше как очищенную протеазу, так и в вирусоподобных частицах, и был более растворимым, и дольше существовал в мышах. Они даже показали что он неплохо проникает в легкие после подкожного введения. Более того, его можно распылять и вдыхать через рот и у мышей это не вызвало никаких серьезных возражений. Таким образом они считают что у них есть неплохой кандидат для дальнейшей разработки.
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 26 comments