Új antivirális vegyületek szűrése a hagyományos kínai orvoslás természetes termékkönyvtárából az Ebola-vírus glikoprotein monomereinek szerkezete alapján
Az ebolavírus (EBOV) egy burkolt fonalas vírus, amely akut vérzéses lázat okoz, amely egy főemlősöknél gyakran előforduló zoonózisos fertőző betegség, és amelynek halálozási aránya akár 50%-90% is lehet. Az elmúlt években több súlyos Ebola-járvány is volt Nyugat-Afrikában, de eddig még nem hagytak jóvá specifikus, Ebola elleni vérzéses láz elleni gyógyszereket. Az EBOV bejutása a gazdasejtekbe a fertőzés kritikus lépése, amelyet az EBOV sgP vírusfelszíni transzmembrán egyetlen glikoproteinje közvetít. Ez az I. típusú fúziós fehérje két, diszulfidkötésekkel összekapcsolt alegységet tartalmaz, nevezetesen a GP1-et, amely a felszínen van kitéve, és a GP2-t, amely a vírusmembránba ágyazódik. Miután a vírus a sejtfelszíni kötődési faktorok révén kötődik a gazdasejthez, internalizálódik, és a megfelelő cisztein-proteázok és az endoszómában lévő proteázok a GP1 alegység peptidláncainak nagy részét hasítják, felfedve a receptorkötő helyet. A GP e konformációs átalakulása megkönnyíti a gazdavírus membránfúziót és a vírus genomjának ezt követő felszabadulását. Ez a fúziós mechanizmus hasonló a HIV-1 vírushoz és az influenzavírushoz. Ezért az EBOV sgP konformációs átmenetét hatékonyan befolyásoló inhibitor molekulák kifejlesztése segíthet a vírus inváziójának és replikációjának blokkolásában.

2019-ben Elizabeth E. Fry és csapata az Egyesült Királyságban, az Oxfordi Egyetem Strukturális Biológia Tanszékén sikeresen előállította az EBOV sgP fehérjét fehérjeexpressziós tisztítási-kristályosítási technológiával, és röntgendiffrakciós kísérletekkel meghatározta háromdimenziós szerkezetét (RCSB Protein Data Bank ID: 5JQ7), ami egy számítógépes virtuális szűrési modellt biztosít. Ezenkívül a természetes termékek, különösen a hagyományos kínai gyógyászat összetevő-könyvtárainak egyedi szerkezete és sokfélesége miatt különböző krónikus és fertőző betegségek kezelésére használták őket, és az Ebola-vírus elleni inhibitorok feltárására is felhasználhatók. A fenti megfontolások alapján ez a tanulmány számítógépes szimulációs technológiát alkalmaz az EBOV sgP gátló molekulák szűrésére a hagyományos kínai gyógyászat természetes termékkönyvtárából.

Ahmad kutatócsoportja először az EBOV-GP transzmembrán glikoprotein trimer üregeinek háromdimenziós szerkezetét célozta meg a Mcule vegyületkönyvtár alapján 2017-ben（ https://mcule.com/database /Gátlók nagyszabású virtuális szűrésének elvégzése két molekuláris dokkoló szoftver, az Auto Dock Vina és a Flex-X segítségével, kombinálva az online elemző eszközzel admetSAR（ http://www.admetexp.org ）ADMET szűrést végeztek, és három találati molekulát találtak. 2000 óta folyamatosan kitört az Ebola-vírus, és a vírusellenes molekulák kutatása és fejlesztése továbbra is a globális gyógyszerkutatás egyik forró pontja. Ezért a hagyományos kínai orvoslás természetes termékkönyvtárából származó vírusellenes aktív molekulák bányászata érdekében ez a tanulmány a cikk kutatási ötleteire támaszkodott, a célpontot az EBOV-GP trimerről monomerre változtatta, és újratervezte a többkörös virtuális szűrés kísérleti módszerét. A szűrési stratégia drágább algoritmusokat használ, hogy a lehető legnagyobb mértékben javítsa az előrejelzés pontosságát, csökkentse a virtuális szűrés hamis pozitív arányát, és jobban megjósolja a kötési konformációt. Ezenkívül a molekuladinamikai szimuláció és a kötési szabadenergia-számítás is fontos eszköz a fehérje-inhibitor kölcsönhatások erősségének vizsgálatához. A molekuladinamikai szimulációhoz a GROMACS szoftvert, a stabilizálás után pedig az MM/PBSA algoritmust használjuk a rendszer kötési szabad energiájának előrejelzésére. Ezek a módszerek nemcsak a fehérjék és inhibitorok közötti kölcsönhatás részleteit mutatják be atomi és molekuláris szinten, hanem megkönnyítik a fehérje-inhibitor-komplexek közötti strukturális affinitási kapcsolat tisztázását is.

Az EBOV sgP konformációs átmenetének hatékony megzavarása érdekében ez a tanulmány az EBOV GP monomer aktív üregét célozza meg, és a hagyományos kínai orvoslás természetes termékkönyvtárából gátló molekulákat ás ki, amelyek segítik a gazdavírus membránfúziójának blokkolását. Először is, kövesse a Lipinski öt elvét és a Verber három elvét, hogy kiszűrje azokat a vegyületeket, amelyek megsértik a gyógyszer hasonlóság elvét; Ezután a Glide szoftvert használták a molekuláris dokkolási számítások elvégzésére három különböző pontossággal, nevezetesen nagy áteresztőképességű HTVS, standard pontosságú SP és ultra pontosságú XP, fokozatosan csökkentve a jelölt vegyületkönyvtár méretét; Ezt követően a Schrodinger QikDrop programot használták a találati molekula ADMET tulajdonságainak előrejelzésére, és összehasonlították az admetSAR-ral a szűrési stratégiához. A farmakokinetikai és gyógyszerbiztonsági elemzéshez két kulcsfontosságú mutatót, köztük a hepatotoxicitást HERG_IC50 és az orális biológiai hozzáférhetőséget adtuk hozzá. A Lipinski Ro5 és Verber Ro3 előrejelzett értékekkel kombinálva egy viszonylag átfogó gyógyszerszerű értékelés készült; A célfehérjék és a találati molekulák közötti kötődési mód elemzése során nagy teljesítményű GPU gyorsítási technológiát használtak a biomolekulák mozgási állapotának szimulálására valós fiziológiás sóoldószeres körülmények között. Molekuladinamikai szimulációkat végeztünk 50 ns időtartamra, és MM/GBSA és MM/PBSA algoritmusokat használtunk a kötési szabadenergia előrejelzésére és a dúsítási pontosság javítására. Végül az XP Glide pontszám, az RMSD, az RMSF, az MM/GBSA kötési energia, az MM/PBSA kötési energia és az ADME-előrejelzés alapján a MOL006834, MOL000174, MOL002192 és MOL012524 találati molekulák kiváló kötési affinitást és jó hatóanyag-szerű tulajdonságokat mutattak az EBOV sgP aktív helyével szemben; A MOL006834, MOL000174, MOL002192, MOL012524 találati molekulák transzmembrán glikoproteinekkel való valódi kötődési konformációinak előrejelzése atomi és molekuláris szinten, beleértve a hidrogénkötéseket, hidrofób kölcsönhatásokat, ionos kötéseket, π - π egymásra rakódó erőket stb., kiváló kölcsönhatásokat mutatva a kulcsfontosságú aminosavmaradványokkal. Ez a négy találatmolekula kereskedelmi forgalomban megvásárolható és az EBOV sgP-gátlók vezető vegyületeként fejleszthető, valamint gyógyszeraktivitási kísérletekkel validálható. Rá kell mutatni, hogy az Ebola-vírus magas halálozási aránnyal és nagyfokú átvihetőséggel rendelkezik, és a vonatkozó biológiai biztonsági követelmények rendkívül szigorúak. Az antivirális aktivitást vizsgáló kísérleteket 4-es biológiai biztonsági szintű laboratóriumokban kell elvégezni, és Kínában nem sok ilyen szintű laboratórium van, ami korlátozza az Ebola-vírus alapkutatását. Ezért e tanulmány eredményei a gyógyszerfejlesztés korai szakaszára korlátozódnak, és hiányzik a kísérleti adatok támogatása, például az antivirális aktivitás validálása és az ADMET-értékelés. A későbbi szakaszban együtt kell működni az érintett virológiai kutatócsoportokkal, és professzionális virológiai kutatási platformokat kell használni a biztonságos és hatékony biológiai validálás elvégzéséhez.