Screening neuer antiviraler Verbindungen aus der Naturstoffbibliothek der traditionellen chinesischen Medizin auf der Grundlage der Struktur der Glykoproteinmonomere des Ebola-Virus
\nDas Ebola-Virus (EBOV) ist ein umh\u00fclltes filament\u00f6ses Virus, das akutes h\u00e4morrhagisches Fieber verursacht. Es handelt sich um eine zoonotische Infektionskrankheit, die h\u00e4ufig bei Primaten vorkommt und eine Sterblichkeitsrate von bis zu 50% bis 90% aufweist. In den letzten Jahren gab es mehrere schwere Ebola-Ausbr\u00fcche in Westafrika, aber bisher sind keine spezifischen Medikamente zur Behandlung des h\u00e4morrhagischen Ebola-Fiebers zum Verkauf zugelassen. Der Eintritt von EBOV in Wirtszellen ist ein kritischer Schritt bei der Infektion, der durch das virale Oberfl\u00e4chen-Transmembran-Glykoprotein sgP vermittelt wird. Dieses Typ-I-Fusionsprotein enth\u00e4lt zwei Untereinheiten, die durch Disulfidbindungen verbunden sind, n\u00e4mlich GP1, das an der Oberfl\u00e4che exponiert ist, und GP2, das in die Virusmembran eingebettet ist. Nach der Bindung an die Wirtszelle durch Zelloberfl\u00e4chen-Attachment-Faktoren wird das Virus internalisiert, und die entsprechenden Cysteinproteasen und Proteasen im Endosom spalten die meisten Peptidketten der GP1-Untereinheit ab und legen die Rezeptorbindungsstelle frei. Dieser Konformationswechsel von GP erleichtert die Fusion der Wirtsvirusmembran und die anschlie\u00dfende Freisetzung des Virusgenoms. Dieser Fusionsmechanismus ist dem des HIV-1-Virus und des Influenzavirus \u00e4hnlich. Daher kann die Entwicklung von Hemmstoffmolek\u00fclen, die den Konformations\u00fcbergang von EBOV sgP wirksam st\u00f6ren, dazu beitragen, die Virusinvasion und -vermehrung zu blockieren.<\/p>\n
Im Jahr 2019 haben Elizabeth E. Fry und ihr Team von der Abteilung f\u00fcr Strukturbiologie an der Universit\u00e4t Oxford im Vereinigten K\u00f6nigreich das EBOV sgP-Protein mithilfe der Proteinexpressions-Reinigungs-Kristallisationstechnologie erfolgreich hergestellt und seine dreidimensionale Struktur mithilfe von R\u00f6ntgenbeugungsexperimenten bestimmt (RCSB Protein Data Bank ID: 5JQ7), wodurch ein virtuelles Screening-Modell am Computer erstellt wurde. Aufgrund der einzigartigen Struktur und Vielfalt der nat\u00fcrlichen Produkte, insbesondere der Inhaltsstoffbibliotheken der traditionellen chinesischen Medizin, wurden sie zur Behandlung verschiedener chronischer und infekti\u00f6ser Krankheiten eingesetzt und k\u00f6nnen auch zur Erforschung von Hemmstoffen gegen das Ebola-Virus verwendet werden. Basierend auf den oben genannten \u00dcberlegungen wird in dieser Studie die Computersimulationstechnologie eingesetzt, um EBOV sgP-Inhibitormolek\u00fcle aus der Naturstoffbibliothek der traditionellen chinesischen Medizin zu untersuchen.<\/p>\n
Ahmads Forschungsgruppe hat 2017 erstmals die dreidimensionale Struktur von EBOV-GP-Transmembran-Glykoprotein-Trimer-Hohlr\u00e4umen auf der Grundlage der Mcule-Verbindungsbibliothek untersucht\uff08 https:\/\/mcule.com\/database \/Das virtuelle Screening von Inhibitoren im gro\u00dfen Ma\u00dfstab mit zwei molekularen Docking-Programmen, Auto Dock Vina und Flex-X, in Kombination mit dem Online-Analyse-Tool admetSAR\uff08 http:\/\/www.admetexp.org \uff09ADMET-Filterung wurde durchgef\u00fchrt und drei Hit-Molek\u00fcle wurden gefunden. Seit dem Jahr 2000 gibt es immer wieder Ausbr\u00fcche des Ebola-Virus, und die Erforschung und Entwicklung antiviraler Molek\u00fcle ist nach wie vor ein globaler Hotspot der Pharmaforschung. Um antiviral wirksame Molek\u00fcle aus der Naturstoffbibliothek der traditionellen chinesischen Medizin zu gewinnen, wurde in dieser Studie auf die Forschungsideen dieses Artikels zur\u00fcckgegriffen, das Ziel von EBOV-GP-Trimer auf Monomer ge\u00e4ndert und die experimentelle Methode des virtuellen Mehrrunden-Screenings umgestaltet. Die Screening-Strategie verwendet teurere Algorithmen, um die Genauigkeit der Vorhersage so weit wie m\u00f6glich zu verbessern, die Falsch-Positiv-Rate des virtuellen Screenings zu verringern und die Bindungskonformation besser vorherzusagen. Dar\u00fcber hinaus sind die Molekulardynamiksimulation und die Berechnung der freien Bindungsenergie ebenfalls wichtige Instrumente zur Untersuchung der St\u00e4rke von Protein-Inhibitor-Interaktionen. Die GROMACS-Software wird f\u00fcr die Molekulardynamiksimulation verwendet, und der MM\/PBSA-Algorithmus wird zur Vorhersage der freien Bindungsenergie des Systems nach der Stabilisierung eingesetzt. Diese Methoden liefern nicht nur Details \u00fcber die Wechselwirkung zwischen Proteinen und Inhibitoren auf atomarer und molekularer Ebene, sondern erleichtern auch die Aufkl\u00e4rung der strukturellen Affinit\u00e4tsbeziehung zwischen Protein-Inhibitor-Komplexen.<\/p>\n
Um den Konformations\u00fcbergang von EBOV sgP wirksam zu st\u00f6ren, zielt diese Studie auf die aktive Kavit\u00e4t des EBOV GP-Monomers ab und sucht nach Hemmstoffmolek\u00fclen aus der Naturstoffbibliothek der traditionellen chinesischen Medizin, um die Membranfusion des Wirtsvirus zu blockieren. Zun\u00e4chst werden die f\u00fcnf Lipinski-Prinzipien und die drei Verber-Prinzipien befolgt, um Verbindungen herauszufiltern, die das Prinzip der Drogen\u00e4hnlichkeit verletzen. Dann wurde die Glide-Software verwendet, um molekulare Docking-Berechnungen mit drei verschiedenen Genauigkeiten durchzuf\u00fchren, n\u00e4mlich HTVS (Hochdurchsatz), SP (Standardpr\u00e4zision) und XP (Ultrapr\u00e4zision), wodurch die Gr\u00f6\u00dfe der Bibliothek der Kandidatenverbindungen schrittweise reduziert wurde. Zwei Schl\u00fcsselindikatoren f\u00fcr die Analyse der Pharmakokinetik und der Arzneimittelsicherheit, darunter die Hepatotoxizit\u00e4t HERG_IC50 und die orale Bioverf\u00fcgbarkeit, wurden hinzugef\u00fcgt. In Kombination mit den von Lipinski Ro5 und Verber Ro3 vorhergesagten Werten wurde eine relativ umfassende Bewertung des Wirkstoffs vorgenommen. Bei der Analyse des Bindungsmodus zwischen den Zielproteinen und den Hit-Molek\u00fclen wurde eine leistungsstarke GPU-Beschleunigungstechnologie verwendet, um den Bewegungszustand der Biomolek\u00fcle unter realen physiologischen Salzl\u00f6sungsbedingungen zu simulieren. Molekulardynamiksimulationen wurden f\u00fcr 50 ns durchgef\u00fchrt, und MM\/GBSA- und MM\/PBSA-Algorithmen wurden verwendet, um die freie Bindungsenergie vorherzusagen und die Anreicherungsgenauigkeit zu verbessern. Basierend auf dem XP-Glide-Score, der RMSD, dem RMSF, der MM\/GBSA-Bindungsenergie, der MM\/PBSA-Bindungsenergie und der ADME-Vorhersage zeigten die Hit-Molek\u00fcle MOL006834, MOL000174, MOL002192 und MOL012524 schlie\u00dflich eine ausgezeichnete Bindungsaffinit\u00e4t und gute arzneimittel\u00e4hnliche Eigenschaften gegen\u00fcber dem aktiven Zentrum von EBOV sgP; Vorhersage der tats\u00e4chlichen Bindungskonformationen der Treffermolek\u00fcle MOL006834, MOL000174, MOL002192, MOL012524 mit Transmembranglykoproteinen auf atomarer und molekularer Ebene, einschlie\u00dflich Wasserstoffbr\u00fcckenbindungen, hydrophobe Wechselwirkungen, Ionenbindungen, \u03c0-\u03c0-Stapelkr\u00e4fte usw., Sie zeigen hervorragende Wechselwirkungen mit wichtigen Aminos\u00e4ureresten. Diese vier Hit-Molek\u00fcle k\u00f6nnen kommerziell erworben und als Leitverbindungen f\u00fcr EBOV sgP-Inhibitoren entwickelt sowie durch Experimente zur Arzneimittelaktivit\u00e4t validiert werden. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass das Ebola-Virus eine hohe Sterblichkeitsrate und eine hohe \u00dcbertragbarkeit aufweist und die entsprechenden Anforderungen an die biologische Sicherheit \u00e4u\u00dferst streng sind. Experimente zur Pr\u00fcfung der antiviralen Aktivit\u00e4t m\u00fcssen in Labors der Biosicherheitsstufe 4 durchgef\u00fchrt werden, und in China gibt es nicht viele Labors mit dieser Stufe, was die Grundlagenforschung zum Ebola-Virus einschr\u00e4nkt. Daher beschr\u00e4nken sich die Ergebnisse dieser Studie auf die fr\u00fchen Stadien der Arzneimittelentwicklung und es fehlen experimentelle Daten zur Validierung der antiviralen Aktivit\u00e4t und zur ADMET-Bewertung. In der sp\u00e4teren Phase ist es notwendig, mit relevanten virologischen Forschungsteams zusammenzuarbeiten und professionelle virologische Forschungsplattformen zu nutzen, um eine sichere und effektive biologische Validierung durchzuf\u00fchren.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Screening of novel antiviral compounds from the natural product library of traditional Chinese medicine based on the structure of Ebola virus glycoprotein monomers Ebola virus (EBOV) is a enveloped filamentous virus that causes acute hemorrhagic fever, which is a zoonotic infectious disease commonly found in primates, with a mortality rate of up to 50% to […]<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20],"tags":[],"yoast_head":"\n