Verskeie FDA-goedgekeurde middels - insluitend vir tipe 2-diabetes, hepatitis C en MIV - verminder die vermoë van die Delta-variant van SARS-COV-2 om in menslike selle te repliseer, volgens nuwe navorsing gelei deur wetenskaplikes by Penn State. Die span het spesifiek gevind dat hierdie middels sekere virale ensieme, genaamd proteases, inhibeer wat noodsaaklik is vir SARS-CoV-2-replikasie in besmette menslike selle.
"Die SARS-CoV-2-entstowwe teiken die piekproteïen, maar hierdie proteïen is onder sterk seleksiedruk en, soos ons met Omicron gesien het, kan beduidende mutasies ondergaan," sê Joyce Jose, assistent-professor in biochemie en molekulêre biologie, Penn State . "Daar bly 'n dringende behoefte aan SARS-CoV-2-terapeutiese middels wat ander dele van die virus teiken as die spykerproteïen wat nie so geneig is om te ontwikkel nie."
Vorige navorsing het getoon dat twee SARS-CoV-2-ensieme - proteases insluitend Mpro en PLpro - belowende teikens vir antivirale geneesmiddelontwikkeling is. Pfizer"s Covid-19 terapie Paxlovid, byvoorbeeld, teiken Mpro. Volgens Jose is hierdie ensieme relatief stabiel; daarom is dit onwaarskynlik dat hulle dwelmweerstandige mutasies vinnig sal ontwikkel.
Katsuhiko Murakami, professor in biochemie en molekulêre biologie, Penn State, het opgemerk dat hierdie virusproteases, vanweë hul vermoëns om proteïene te splyt of te sny, noodsaaklik is vir SARS-CoV-2-replikasie in besmette selle.
“SARS-CoV-2 produseer lang proteïene, genaamd poliproteïene, uit sy RNA genoom wat deur hierdie proteases op 'n geordende wyse in individuele proteïene geklief moet word, wat lei tot die vorming van funksionele virusensieme en proteïene om virusreplikasie te begin sodra dit 'n sel binnedring,” het Murakami verduidelik. "As jy een van hierdie proteases inhibeer, kan verdere verspreiding van SARS-CoV-2 in die besmette persoon gestop word."
Die bevindinge is vandag (25 Februarie 2022) in die joernaal gepubliseer Biologie Kommunikasie.
Die span het 'n toets ontwerp om vinnig inhibeerders van die Mpro- en PLpro-proteases in lewende menslike selle te identifiseer.
"Alhoewel ander toetse beskikbaar is, het ons ons nuwe toets ontwerp sodat dit in lewende selle uitgevoer kan word, wat ons in staat gestel het om gelyktydig die toksisiteit van die inhibeerders vir menslike selle te meet," het Jose gesê.
Die navorsers het hul toets gebruik om 'n biblioteek van 64 verbindings te toets - insluitend inhibeerders van MIV en hepatitis C-proteases; sisteïenproteases, wat in sekere protosoë parasiete voorkom; en dipeptidielpeptidase, 'n menslike ensiem wat betrokke is by tipe 2-diabetes - vir hul vermoë om Mpro of PLpro te inhibeer. Uit die 64 verbindings het die span elf geïdentifiseer wat Mpro-aktiwiteit beïnvloed het en vyf wat PLpro-aktiwiteit beïnvloed het, gebaseer op 'n afsnypunt van 50%-vermindering in protease-aktiwiteit met 90%-sellewensvatbaarheid.
Anoop Narayanan, mede-navorsingsprofessor in biochemie en molekulêre biologie, het die aktiwiteit van die verbindings gemonitor deur lewendige konfokale mikroskopie te gebruik.
"Ons het die eksperiment so ontwerp dat as die verbinding die proteases beïnvloed, jy fluoressensie in sekere areas van die sel sou sien," het Narayanan gesê.
Vervolgens het die span die antivirale aktiwiteit van die 16 PLpro- en Mpro-inhibeerders teen SARS-CoV-2-virusse in lewende menslike selle in 'n BSL-3-fasiliteit, die Eva J. Pell ABSL-3-laboratorium vir gevorderde biologiese navorsing by Penn State, geëvalueer, en ontdek dat agt van hulle dosisafhanklike antivirale aktiwiteite teen SARS-CoV-2 het. Spesifiek, hulle het gevind dat Sitagliptin en Daclatasvir PLpro inhibeer, en MG-101, Lycorine HCl en Nelfinavirmesilaat inhibeer Mpro. Hiervan het die span gevind dat MG-101 ook die virus verhinder het"se vermoë om selle te infekteer deur proteaseverwerking van die spikeproteïen te inhibeer.
“Ons het gevind dat wanneer die selle vooraf met die geselekteerde inhibeerders behandel is, slegs MG-101 die virus beïnvloed het"se toetrede tot selle,” het Narayanan gesê.
Daarbenewens het die navorsers gevind dat die behandeling van selle met 'n kombinasie van Mpro- en PLpro-remmers 'n bykomende antivirale effek gehad het, wat selfs groter inhibisie van SARS-CoV-2-replikasie verskaf het.
"In selkultuur het ons gewys dat as jy Mpro- en PLpro-remmers kombineer, jy 'n sterker effek op die virus het sonder om toksisiteit te verhoog," het Jose gesê. "Hierdie kombinasie-inhibisie is hoogs kragtig."
Om die meganisme waardeur MG-101 die aktiwiteit van Mpro-protease inhibeer te ondersoek, het die wetenskaplikes, insluitend Manju Narwal, postdoktorale navorser in biochemie en molekulêre biologie, X-straalkristallografie gebruik om 'n hoë-resolusiestruktuur van MG-101 in kompleks met Mpro.
"Ons kon sien hoe MG-101 in wisselwerking was met die aktiewe terrein van Mpro," het Narwal gesê. “Hierdie inhibeerder boots die poliproteïen na en bind op 'n soortgelyke wyse aan die protease, waardeur die protease geblokkeer word om aan die poliproteïen te bind en te sny, wat 'n noodsaaklike stap in die virus is."se replikasie.”
Murakami het bygevoeg: "Deur te verstaan hoe die MG-101-verbinding aan die aktiewe terrein bind, kan ons nuwe verbindings ontwerp wat selfs meer doeltreffend kan wees."
Die span is inderdaad besig om nuwe verbindings te ontwerp op grond van die strukture wat hulle deur X-straalkristallografie bepaal het. Hulle beplan ook om die kombinasiemiddels te toets wat hulle reeds in vitro in muise effektief getoon het.
Alhoewel die wetenskaplikes die Delta-variant van SARS-CoV-2 bestudeer het, het hulle gesê dat die middels waarskynlik effektief sal wees teen Omicron en toekomstige variante omdat dit dele van die virus teiken wat waarskynlik nie beduidend sal muteer nie.
"Die ontwikkeling van breëspektrum antivirale middels teen 'n wye reeks koronavirusse is die uiteindelike behandelingstrategie vir sirkulerende en opkomende koronavirusinfeksies," het Jose gesê. "Ons navorsing toon dat die hergebruik van sekere FDA-goedgekeurde middels wat doeltreffendheid toon om die aktiwiteite van Mpro en PLpro te inhibeer, 'n nuttige strategie in die stryd teen SARS-CoV-2 kan wees."
Verwysing: "Identifisering van SARS-CoV-2-inhibeerders wat Mpro en PLpro gerig met behulp van in-sel-protease-toets" deur Anoop Narayanan, Manju Narwal, Sydney A. Majowicz, Carmine Varricchio, Shay A. Toner, Carlo Ballatore, Andrea Brancale, Katsuhiko S. Murakami en Joyce Jose, 25 Februarie 2022, Biologie Kommunikasie.
DOI: 10.1038/s42003-022-03090-9
Ander skrywers op die vraestel sluit in Sydney A. Majowicz, nagraadse student, en Shay A. Toner, voorgraadse student, Penn State; Carmine Varricchio, postdoktorale navorsingsgenoot, en Andrea Brancale, professor in medisinale chemie, Cardiff Universiteit; en Carlo Ballatore, professor in medisinale chemie, Universiteit van Kalifornië, San Diego.
Die National Institutes of Health, Walliese regeringskantoor vir wetenskap en Huck Institute of the Life Sciences in Penn State (COVID-19 Seed Grant for Jose Laboratory) het hierdie navorsing ondersteun.
