Cribado de nuevos compuestos antivirales de la biblioteca de productos naturales de la medicina tradicional china a partir de la estructura de los monómeros de la glicoproteína del virus del Ébola
El virus del Ébola (EBOV) es un virus filamentoso envuelto que causa fiebre hemorrágica aguda, una enfermedad infecciosa zoonótica frecuente en primates, con una tasa de mortalidad de hasta 50% a 90%. En los últimos años se han producido varios brotes graves de Ébola en África Occidental, pero hasta ahora no se ha aprobado la comercialización de ningún fármaco específico para el tratamiento de la fiebre hemorrágica del Ébola. La entrada del EBOV en las células huésped es un paso crítico en la infección, mediado por la glicoproteína única transmembrana de superficie viral del EBOV sgP. Esta proteína de fusión de tipo I contiene dos subunidades conectadas por enlaces disulfuro, a saber, la GP1 expuesta en la superficie y la GP2 incrustada en la membrana vírica. Tras unirse a la célula huésped a través de los factores de unión de la superficie celular, el virus se internaliza, y las cisteína proteasas correspondientes y las proteasas del endosoma escinden la mayor parte de las cadenas peptídicas de la subunidad GP1, exponiendo el sitio de unión al receptor. Esta transición conformacional de la GP facilita la fusión de la membrana del virus huésped y la posterior liberación del genoma vírico. Este mecanismo de fusión es similar al del virus VIH-1 y al del virus de la gripe. Por lo tanto, el desarrollo de moléculas inhibidoras que interfieran eficazmente en la transición conformacional de la sgP del EBOV puede ayudar a bloquear la invasión y replicación del virus.

En 2019, Elizabeth E. Fry y su equipo del Departamento de Biología Estructural de la Universidad de Oxford en el Reino Unido prepararon con éxito la proteína sgP del EBOV utilizando la tecnología de cristalización de purificación de expresión de proteínas, y determinaron su estructura tridimensional mediante experimentos de difracción de rayos X (RCSB Protein Data Bank ID: 5JQ7), proporcionando un modelo de cribado virtual por ordenador. Además, debido a la estructura única y la diversidad de los productos naturales, especialmente las bibliotecas de ingredientes de la medicina tradicional china, se han utilizado para tratar diversas enfermedades crónicas e infecciosas, y también se pueden utilizar para explorar inhibidores contra el virus del Ébola. Basándose en las consideraciones anteriores, este estudio adopta la tecnología de simulación por ordenador para cribar moléculas inhibidoras de la sgP del EBOV a partir de la biblioteca de productos naturales de la medicina tradicional china.

El grupo de investigación de Ahmad se centró por primera vez en la estructura tridimensional de las cavidades del trímero de la glicoproteína transmembrana EBOV-GP basándose en la biblioteca de compuestos Mcule en 2017（ https://mcule.com/database /Realizó un cribado virtual a gran escala de inhibidores utilizando dos software de acoplamiento molecular, Auto Dock Vina y Flex-X, combinados con la herramienta de análisis en línea admetSAR（ http://www.admetexp.org ）Se realizó un filtrado ADMET y se encontraron tres moléculas hit. Desde el año 2000, se han producido continuos brotes del virus del Ébola, y la investigación y el desarrollo de moléculas antivirales sigue siendo un punto caliente de la investigación farmacéutica mundial. Por lo tanto, con el fin de extraer moléculas antivirales activas de la biblioteca de productos naturales de la medicina tradicional china, este estudio se basó en las ideas de investigación de este artículo, cambió el objetivo de trímero EBOV-GP a monómero, y rediseñó el método experimental de cribado virtual de rondas múltiples. La estrategia de cribado utiliza algoritmos más costosos para mejorar al máximo la precisión de la predicción, reducir la tasa de falsos positivos del cribado virtual y predecir mejor la conformación de unión. Además, la simulación de dinámica molecular y el cálculo de la energía libre de unión son también herramientas importantes para estudiar la fuerza de las interacciones entre inhibidores de proteínas. El software GROMACS se utiliza para la simulación de dinámica molecular, y el algoritmo MM/PBSA se utiliza para predecir la energía libre de unión del sistema después de la estabilización. Estos métodos no sólo proporcionan detalles de la interacción entre proteínas e inhibidores a nivel atómico y molecular, sino que también facilitan la elucidación de la relación de afinidad estructural entre complejos inhibidores de proteínas.

Para interferir eficazmente en la transición conformacional de la sgP del EBOV, este estudio se dirige a la cavidad activa del monómero GP del EBOV y extrae moléculas inhibidoras de la biblioteca de productos naturales de la medicina tradicional china para ayudar a bloquear la fusión de la membrana del virus huésped. En primer lugar, se siguen los cinco principios de Lipinski y los tres principios de Verber para filtrar los compuestos que violan el principio de similitud de fármacos; a continuación, se utiliza el software Glide para realizar cálculos de acoplamiento molecular con tres precisiones diferentes, a saber, HTVS de alto rendimiento, SP de precisión estándar y XP de ultraprecisión, reduciendo gradualmente el tamaño de la biblioteca de compuestos candidatos; posteriormente, se utiliza el programa QikDrop de Schrodinger para predecir las propiedades ADMET de la molécula encontrada, y se compara con admetSAR para la estrategia de filtrado. Se añadieron dos indicadores clave para el análisis farmacocinético y de seguridad de los fármacos, como la hepatotoxicidad HERG_IC50 y la biodisponibilidad oral. En el proceso de análisis del modo de unión entre las proteínas diana y las moléculas diana, se utilizó tecnología de aceleración GPU de alto rendimiento para simular el estado de movimiento de las biomoléculas en condiciones fisiológicas reales de disolvente salino. Se realizaron simulaciones de dinámica molecular durante 50 ns y se utilizaron los algoritmos MM/GBSA y MM/PBSA para predecir la energía libre de unión y mejorar la precisión del enriquecimiento. Finalmente, basándose en la puntuación XP Glide, RMSD, RMSF, energía de unión MM/GBSA, energía de unión MM/PBSA y predicción ADME, las moléculas diana MOL006834, MOL000174, MOL002192 y MOL012524 mostraron una excelente afinidad de unión y buenas propiedades de fármaco hacia el sitio activo de la sgP del EBOV; Predecir las verdaderas conformaciones de unión de las moléculas diana MOL006834, MOL000174, MOL002192, MOL012524 con glicoproteínas transmembrana a nivel atómico y molecular, incluyendo enlaces de hidrógeno, interacciones hidrofóbicas, enlaces iónicos, fuerzas de apilamiento π - π, etc., que muestran excelentes interacciones con residuos de aminoácidos clave. Estas cuatro moléculas de éxito pueden adquirirse comercialmente y desarrollarse como compuestos principales para inhibidores de la sgP del VEB, así como validarse mediante experimentos de actividad farmacológica. Cabe señalar que el virus del Ébola tiene una elevada tasa de mortalidad y una alta transmisibilidad, y los requisitos de bioseguridad pertinentes son extremadamente estrictos. Los experimentos de comprobación de la actividad antiviral deben realizarse en laboratorios de bioseguridad de nivel 4, y en China no hay muchos laboratorios con este nivel, lo que restringe la investigación básica sobre el virus del Ébola. Por lo tanto, los resultados de este estudio se limitan a las primeras etapas del desarrollo de fármacos y carecen de apoyo de datos experimentales como la validación de la actividad antiviral y la evaluación ADMET. En la fase posterior, es necesario colaborar con los equipos de investigación virológica pertinentes y utilizar plataformas de investigación virológica profesionales para llevar a cabo una validación biológica segura y eficaz.