Plusieurs médicaments approuvés par la FDA - y compris pour le diabète de type 2, l'hépatite C et le VIH - réduisent considérablement la capacité de la variante Delta de SRAS-CoV-2 se répliquer dans les cellules humaines, selon de nouvelles recherches menées par des scientifiques de Penn State. Plus précisément, l'équipe a découvert que ces médicaments inhibent certaines enzymes virales, appelées protéases, qui sont essentielles à la réplication du SRAS-CoV-2 dans les cellules humaines infectées.
« Les vaccins SARS-CoV-2 ciblent la protéine de pointe, mais cette protéine est soumise à une forte pression de sélection et, comme nous l'avons vu avec Omicron, peut subir des mutations importantes », a déclaré Joyce Jose, professeur adjoint de biochimie et de biologie moléculaire, Penn State . "Il reste un besoin urgent d'agents thérapeutiques SARS-CoV-2 qui ciblent des parties du virus autres que la protéine de pointe qui ne sont pas aussi susceptibles d'évoluer."
Des recherches antérieures ont démontré que deux enzymes du SRAS-CoV-2 – les protéases dont Mpro et PLpro – sont des cibles prometteuses pour le développement de médicaments antiviraux. Pfizer»s COVID-19 la thérapie Paxlovid, par exemple, cible Mpro. Selon Jose, ces enzymes sont relativement stables ; par conséquent, il est peu probable qu'ils développent rapidement des mutations résistantes aux médicaments.
Katsuhiko Murakami, professeur de biochimie et de biologie moléculaire, Penn State, a noté que ces protéases virales, en raison de leurs capacités à cliver ou couper, les protéines, sont essentielles pour la réplication du SRAS-CoV-2 dans les cellules infectées.
« Le SRAS-CoV-2 produit de longues protéines, appelées polyprotéines, à partir de son ARN génome qui doit être clivé en protéines individuelles par ces protéases de manière ordonnée conduisant à la formation d'enzymes et de protéines virales fonctionnelles pour démarrer la réplication du virus une fois qu'il pénètre dans une cellule », a expliqué Murakami. "Si vous inhibez l'une de ces protéases, la propagation du SRAS-CoV-2 chez la personne infectée pourrait être stoppée."
Les résultats ont été publiés aujourd'hui (25 février 2022) dans la revue Biologie des communications.
L'équipe a conçu un test pour identifier rapidement les inhibiteurs des protéases Mpro et PLpro dans les cellules humaines vivantes.
"Bien que d'autres tests soient disponibles, nous avons conçu notre nouveau test afin qu'il puisse être effectué dans des cellules vivantes, ce qui nous a permis de mesurer simultanément la toxicité des inhibiteurs pour les cellules humaines", a déclaré Jose.
Les chercheurs ont utilisé leur test pour tester une bibliothèque de 64 composés, y compris des inhibiteurs des protéases du VIH et de l'hépatite C ; les protéases à cystéine, présentes dans certains parasites protozoaires ; et la dipeptidyl peptidase, une enzyme humaine impliquée dans le diabète de type 2, pour sa capacité à inhiber Mpro ou PLpro. Parmi les 64 composés, l'équipe a identifié onze qui affectaient l'activité de Mpro et cinq qui affectaient l'activité de PLpro sur la base d'un seuil de réduction de 50 % de l'activité de la protéase avec une viabilité cellulaire de 90 %.
Anoop Narayanan, professeur agrégé de recherche en biochimie et biologie moléculaire, a surveillé l'activité des composés à l'aide de la microscopie confocale en direct.
"Nous avons conçu l'expérience de sorte que si le composé affectait les protéases, vous verriez une fluorescence dans certaines zones de la cellule", a déclaré Narayanan.
Ensuite, l'équipe a évalué l'activité antivirale des 16 inhibiteurs PLpro et Mpro contre les virus du SRAS-CoV-2 dans des cellules humaines vivantes dans une installation BSL-3, le laboratoire Eva J. Pell ABSL-3 pour la recherche biologique avancée à Penn State, et découvert que huit d'entre eux avaient des activités antivirales dose-dépendantes contre le SRAS-CoV-2. Plus précisément, ils ont découvert que la sitagliptine et le daclatasvir inhibent PLpro, et que le MG-101, le chlorhydrate de lycorine et le mésylate de nelfinavir inhibent Mpro. Parmi ceux-ci, l'équipe a découvert que le MG-101 entravait également le virus»capacité de s d'infecter des cellules en empêchant le traitement de protéase de la protéine de pointe.
« Nous avons constaté que lorsque les cellules étaient prétraitées avec les inhibiteurs sélectionnés, seul le MG-101 affectait le virus»s entrée dans les cellules », a déclaré Narayanan.
De plus, les chercheurs ont découvert que le traitement des cellules avec une combinaison d'inhibiteurs de Mpro et de PLpro avait un effet antiviral additif, fournissant une inhibition encore plus importante de la réplication du SRAS-CoV-2.
"En culture cellulaire, nous avons montré que si vous combinez des inhibiteurs de Mpro et de PLpro, vous avez un effet plus fort sur le virus sans augmenter la toxicité", a déclaré Jose. "Cette combinaison d'inhibition est très puissante."
Pour étudier le mécanisme par lequel MG-101 inhibe l'activité de la protéase Mpro, les scientifiques, dont Manju Narwal, chercheur postdoctoral en biochimie et biologie moléculaire, ont utilisé la cristallographie aux rayons X pour obtenir une structure à haute résolution de MG-101 en complexe avec Mpro.
"Nous avons pu voir comment MG-101 interagissait avec le site actif de Mpro", a déclaré Narwal. "Cet inhibiteur imite la polyprotéine et se lie de manière similaire à la protéase, empêchant ainsi la protéase de se lier à la polyprotéine et de la couper, ce qui est une étape essentielle dans le virus.»s réplication.
Murakami a ajouté : « En comprenant comment le composé MG-101 se lie au site actif, nous pouvons concevoir de nouveaux composés qui pourraient être encore plus efficaces.
En effet, l'équipe est en train de concevoir de nouveaux composés basés sur les structures qu'ils ont déterminées par cristallographie aux rayons X. Ils prévoient également de tester les médicaments combinés dont ils ont déjà démontré l'efficacité in vitro chez la souris.
Bien que les scientifiques aient étudié la variante Delta du SRAS-CoV-2, ils ont déclaré que les médicaments seraient probablement efficaces contre Omicron et les futures variantes car ils ciblent des parties du virus qui ne sont pas susceptibles de muter de manière significative.
« Le développement de médicaments antiviraux à large spectre contre un large éventail de coronavirus est la stratégie de traitement ultime pour les infections à coronavirus circulantes et émergentes », a déclaré Jose. "Nos recherches montrent que la réaffectation de certains médicaments approuvés par la FDA qui démontrent une efficacité à inhiber les activités de Mpro et PLpro peut être une stratégie utile dans la lutte contre le SRAS-CoV-2."
Référence : "Identification des inhibiteurs du SRAS-CoV-2 ciblant Mpro et PLpro à l'aide d'un test de protéase dans les cellules" par Anoop Narayanan, Manju Narwal, Sydney A. Majowicz, Carmine Varricchio, Shay A. Toner, Carlo Ballatore, Andrea Brancale, Katsuhiko S. Murakami et Joyce José, 25 février 2022, Biologie des communications.
DOI: 10.1038/s42003-022-03090-9
Les autres auteurs de l'article incluent Sydney A. Majowicz, étudiant diplômé, et Shay A. Toner, étudiant de premier cycle, Penn State; Carmine Varricchio, associée de recherche postdoctorale, et Andrea Brancale, professeur de chimie médicinale, Université de Cardiff ; et Carlo Ballatore, professeur de chimie médicinale, Université de Californie, San Diego.
Les National Institutes of Health, le Welsh Government Office for Science et les Huck Institutes of the Life Sciences de Penn State (COVID-19 Seed Grant for Jose Laboratory) ont soutenu cette recherche.
