Ингибирование или блокирование функционирования этой протеазы жизненно важно для предотвращения распространения вируса среди пациентов с COVID-19. Исследование, опубликованное в журнале Structure, является частью усилий по быстрой разработке фармацевтических методов лечения COVID-19 путем перепрофилирования существующих препаратов, которые, как известно, эффективно лечат другие вирусные заболевания.
«В настоящее время нет одобренных Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США ингибиторов, нацеленных на основную протеазу SARS-CoV-2», – сказал ведущий автор ORNL Дэниел Кнеллер. «Мы обнаружили, что препараты против гепатита С связываются с протеазой коронавируса и подавляют ее. Это важный первый шаг в определении того, следует ли рассматривать эти препараты в качестве потенциальных кандидатов для повторного использования для лечения COVID-19."
Коронавирус SARS-CoV-2 распространяется путем экспрессии длинных цепей полипротеинов, которые должны быть разрезаны основной протеазой, чтобы стать функциональными белками, что делает протеазу важной мишенью для лекарств для исследователей и разработчиков лекарств.
В ходе исследования команда изучила несколько хорошо известных молекул лекарств для потенциальных усилий по перепрофилированию, включая лейпептин, естественный ингибитор протеазы, и три одобренных FDA ингибитора протеазы гепатита C: телапревир, нарлапревир и боцепревир.
Команда провела рентгеновские измерения при комнатной температуре, чтобы построить трехмерную карту, которая показала, как расположены атомы и где образуются химические связи между протеазой и молекулами ингибитора лекарства.
Эксперименты дали многообещающие результаты для некоторых лекарств от гепатита С в их способности связывать и ингибировать основную протеазу SARS-CoV-2, особенно боцепревир и нарлапревир. Лейпептин проявлял низкое сродство к связыванию и был исключен как жизнеспособный кандидат.
Чтобы лучше понять, насколько хорошо или насколько прочно ингибиторы связываются с протеазой, они использовали кинетику ферментов in vitro, метод, который позволяет исследователям изучать протеазу и ингибитор в пробирке для измерения аффинности связывания ингибитора или совместимости с ним. протеаза. Чем выше аффинность связывания, тем эффективнее ингибитор блокирует функционирование протеазы.
«То, что мы делаем, закладывает молекулярную основу для этих потенциальных ингибиторов перепрофилирования лекарств, раскрывая механизм их действия», – сказал корреспондент ORNL Андрей Ковалевский. "Мы показываем на молекулярном уровне, как они связываются, где они связываются и что они делают с формой фермента. А благодаря кинетике in vitro мы также знаем, насколько хорошо они связываются. Каждая информация приближает нас на один шаг к пониманию того, как остановить вирус."
Исследование также проливает свет на своеобразное поведение способности протеазы изменять или адаптировать свою форму в соответствии с размером и структурой молекулы ингибитора, с которой она связывается. Карманы внутри протеазы, куда могла бы прикрепиться молекула лекарственного средства, очень пластичны или гибки и могут открываться или закрываться до определенной степени в зависимости от размера молекул лекарственного средства.
Перед публикацией статьи исследователи сделали свои данные общедоступными для информирования и помощи научным и медицинским сообществам. Необходимы дополнительные исследования, в том числе клинические, для подтверждения эффективности и безопасности препаратов в качестве лечения COVID-19.
"Исследование показывает, что ингибиторы гепатита С заслуживают внимания как потенциальные кандидаты для перепрофилирования. Немедленное опубликование наших данных позволяет научному сообществу начать изучать взаимодействия между этими ингибиторами и протеазой », – сказал автор-корреспондент ORNL Лейтон Коутс. «Вы не можете создать лекарство, не зная, как оно работает на молекулярном уровне, и данные, которые мы предоставляем, – это именно то, что разработчикам нужно для разработки более сильных, более прочно связывающихся лекарств для более эффективного лечения."
Рентгеновские измерения и синтез образцов протеазы, использованных в экспериментах, были выполнены при поддержке Центра структурной и молекулярной биологии с использованием оборудования, расположенного в источнике нейтронов расщепления.
Исследовательская группа планирует провести эксперименты по рассеянию нейтронов, чтобы определить положения атомов водорода и сеть химических связей между протеазой и молекулами ингибитора.
Соавторами статьи также являются Стефани Галани, Гвиндалин Филлипс и Хью М. О’Нил.