Pequeñas moléculas bloquean la unión de espigas de SARS-CoV-2-ACE2

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La búsqueda de antivirales y vacunas capaces de bloquear la entrada celular y la infección producida por el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) continúa a medida que se acerca la estación más fría en el hemisferio norte, amenazando nuevas oleadas de COVID-19.

La búsqueda incluye agentes inmunológicos, inhibidores de enzimas e inhibidores competitivos solubles. Ahora, un nuevo estudio publicado en el servidor de preimpresión bioRxiv* en octubre de 2020 proporciona evidencia preliminar de que las moléculas pequeñas pueden inhibir la entrada viral al inhibir la unión de picos de ACE2.

Encontrar objetivos terapéuticos

La entrada de SARS-CoV-2 en la célula huésped requiere la interacción del proteína de pico en el virus con el receptor de la célula huésped, la enzima convertidora de angiotensina (ACE2). Esta interacción proteína-proteína (PPI) presenta un objetivo potencial para los medicamentos antivirales.

La primera vía de inhibición de los PPI son los anticuerpos, pero un enfoque más sencillo es mediante los inhibidores de moléculas pequeñas (SMI), que son más robustos para escapar de mutaciones y variaciones de cepas. Los SMI también son susceptibles de administración oral o inhalada, tienen menos probabilidades de provocar una respuesta inmune y son más fáciles de controlar.

Estos intentos se han hecho después del brote de SARS de 2002-2004, y muchos investigadores realizaron pruebas de detección de alto rendimiento (HTS) para identificar medicamentos que podrían inhibir la entrada viral temprana. Esto incluyó algunos SMI. Sin embargo, ninguno de ellos ha llegado al desarrollo clínico. Esto se debe principalmente a su escasa biodisponibilidad, toxicidad y farmacocinética deficiente.

Los investigadores primero examinaron su biblioteca de moléculas pequeñas para identificar compuestos como el rojo Congo y el azul de Evans y compuestos novedosos, que suprimen la interacción pico-ACE2 a niveles micromolares bajos. Dichos colorantes son, por defecto, buenos aglutinantes de proteínas, lo que indica que sus estructuras están diseñadas para ello, proporcionando una plataforma útil para el comienzo de tales intentos.

Los tintes en sí mismos no son típicamente terapéuticamente útiles, son de colores brillantes y también propensos a una rápida degradación, en el caso de los tintes azo. Sin embargo, pueden modificarse químicamente para superar estos inconvenientes.

Inhibición de la entrada de pseudovirus del SARS-CoV-2

Sobre la base de esta premisa, los investigadores utilizaron este enfoque para encontrar posibles inhibidores de la interacción ACE2-S entre los SMI, que se pueden desarrollar terapéuticamente. La prueba de que este es un enfoque válido proviene de investigaciones anteriores sobre otras zoonóticas coronavirus.

Los compuestos seleccionados evitaron que un pseudovirus que expresaba la proteína SARS-CoV-2-S entrara en una célula portadora de receptores ACE2, con una concentración inhibidora media máxima (IC50) a niveles micromolares bajos. Esto podría indicar el potencial de tales tintes orgánicos para proporcionar un andamio químico para identificar nuevos inhibidores de PPI.

El uso de ensayos de desplazamiento térmico de proteínas mostró que los SMI identificados se unían específicamente a la proteína SARS-CoV-2-S y no a la molécula ACE2. Los investigadores también encontraron un motivo estructural común, en presencia de un enlazador bifenilo con dos grupos aromáticos en los extremos, uno un naftilo y el otro un naftilo aromático o fenilo, y con uno o más grupos de sustitución polares.

Inhibición dependiente de la concentración de la unión de SARS-CoV-2-S-RBD a ACE2 por los compuestos del presente estudio.  Curvas de concentración-respuesta obtenidas para la inhibición del PPI entre SARS-CoV-2-RBD (marcado con His, 0,5 μg / mL) y hACE2 (conjugado con Fc, 1 μg / mL) en ensayo de tipo ELISA sin células con compuestos colorantes (A) y no colorantes (B) ensayados.  El promiscuo inhibidor de IBP eritrosina B (ErB) y el colorante alimentario FD&C amarillo no.  6 (amarillo ocaso, SY) se incluyeron como controles positivos y negativos, respectivamente.  Los datos son la media ± DE de dos experimentos por duplicado y se ajustaron con curvas sigmoides estándar para la determinación de IC50.  Los valores de CI50 estimados se muestran en la leyenda que indica que si bien la suramina y la cloroquina estaban completamente inactivas (CI50 /> 500 μM), varios de nuestros compuestos internos, incluidos los colorantes orgánicos (CgRd, DV1 y otros), así como los compuestos patentados DRI-C (por ejemplo, DRI-C23041, DRI-CC91005) mostraron una actividad prometedora, algunas incluso a niveles submicromolares (IC50 <1 µM).

Inhibición dependiente de la concentración de la unión de SARS-CoV-2-S-RBD a ACE2 por los compuestos del presente estudio. Curvas de concentración-respuesta obtenidas para la inhibición del PPI entre SARS-CoV-2-RBD (marcado con His, 0,5 μg / mL) y hACE2 (conjugado con Fc, 1 μg / mL) en ensayo de tipo ELISA sin células con compuestos colorantes (A) y no colorantes (B) ensayados. El promiscuo inhibidor de IBP eritrosina B (ErB) y el colorante alimentario FD&C amarillo no. 6 (amarillo ocaso, SY) se incluyeron como controles positivos y negativos, respectivamente. Los datos son la media ± DE de dos experimentos por duplicado y se ajustaron con curvas sigmoides estándar para la determinación de IC50. Los valores de CI50 estimados se muestran en la leyenda que indica que si bien la suramina y la cloroquina estaban completamente inactivas (CI50> 500 μM), varios de nuestros compuestos internos, incluidos tintes orgánicos (CgRd, DV1 y otros), así como compuestos patentados DRI-C ( por ejemplo, DRI-C23041, DRI-CC91005) mostraron una actividad prometedora, algunas incluso a niveles submicromolares (IC50 <1 µM).

Importancia del espacio químico adecuado

El éxito de este experimento se debió a que comenzaron con un espacio químico diferente, lo que aseguró que los compuestos seleccionados ya fueran efectivos a bajas concentraciones micromolares. A diferencia de otro estudio reciente que mostró 25 posibles impactos de moléculas pequeñas que interrumpen la unión de ACE2-S, el experimento actual se centró en las moléculas que ya se sabe que tienen una fuerte unión con proteínas.

Curiosamente, ninguno de los compuestos identificados como inhibidores potenciales en el estudio anterior mostró el andamio químico común descrito anteriormente, lo que demuestra que los fármacos conocidos o compuestos relacionados tienen una estructura diferente de los que se sabe que son SMI de los PPI.

Ventajas de las SMI

Una ventaja significativa de los SMI es su relativa falta de especificidad, lo que amplía el objetivo de la acción antiviral. Además, incluso pueden neutralizar varios tipos de virus, independientemente del antígeno, a través de sus distintos mecanismos de acción. Esto es muy importante desde el punto de vista de un enfoque terapéutico económico.

Una vez más, el objetivo inicial de las estructuras químicas de los fármacos desarrollados fue regular la interacción coestimuladora CD40-CD40L a baja potencia micromolar. Algunos son selectivos, otros no tanto. El hallazgo de que también inhiben ACE2-S PPI muestra una actividad no específica, que aún puede ser útil.

Los SMI identificados en el estudio actual inhibieron la formación del complejo ACE2-S con la misma potencia en tejido humano y de ratón.

Esto indica que podría ser posible identificar SMI con un amplio espectro de acción, incluidos SARS-CoV y MERS-CoV, y otros coronavirus humanos, ya que en el estudio actual, el objetivo de los SMI era la proteína Spike de ambos SARS-CoV. -2 y SARS-CoV, en lugar de ACE2, que es específico del host. Esto sugiere su potencial para inhibir la infección tanto por estos virus como por otros coronavirus.

Actividad antiviral de amplio espectro

Los SMI aquí son de tamaño medio pero mucho más pequeños que los que normalmente se identifican como SMI de PPI. El aumento de tamaño asegura suficiente actividad. Curiosamente, tienden a no ajustarse a los criterios de la “regla de los cinco” ampliamente citados para los productos farmacéuticos eficaces para asegurar una alta biodisponibilidad y una buena farmacocinética.

Uno de ellos es que el peso molecular (PM) debe estar por debajo de 500. Muchos fármacos desarrollados recientemente muestran de manera similar desviaciones radicales de estos criterios. Los investigadores dicen: “Nuestros resultados proporcionan una prueba más de la viabilidad de SMI para la unión de CoV y proporcionan un primer mapa del espacio químico necesario para lograrlo.. “

Los investigadores describen el potencial de sus hallazgos: “Podría brindar una oportunidad única para buscar moléculas de función dual que, por un lado, tengan actividad antiviral al inhibir la interacción necesaria para la unión de CoV (p. Ej., SARS-CoV-2-S-ACE2) y, por otro lado, posean actividad inmunomoduladora para controlar la inflamación manifiesta (inhibiendo CD40-CD40L) o para desencadenar la citotoxicidad de las células T contra las células infectadas por virus (inhibiendo PD-1-PD-L1). “Esto último es especialmente importante ya que el equilibrio y la restauración de las células T son vitales para permitir una eliminación viral adecuada, prevenir la desregulación inmunológica y evitar la tormenta de citoquinas tan a menudo relacionado con la enfermedad progresiva en COVID-19.

Conclusión

Por lo tanto, los investigadores han encontrado varios SMI con actividad inhibidora prometedora contra el PPI S-ACE2. Esta acción se probó contra pseudoviriones que expresan picos en células que expresan ACE2 y se encontró que es dependiente de la dosis. Un mayor desarrollo puede resultar en una terapia alternativa para COVID-19 que se puede usar por vía oral o por inhalación para el tratamiento y la prevención.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

Fuente

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