Un nuevo estudio de reutilización de antivirales encuentra péptidos que podrían prevenir la unión del SARS-CoV-2-ACE2


A medida que el mundo continúa luchando contra la pandemia de la enfermedad del coronavirus 2019 (COVID-19), los investigadores están ocupados buscando productos farmacéuticos que puedan contrarrestar eficazmente el patógeno. Este agente causal, el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), infecta a través del compromiso a través de su proteína de pico con la célula huésped, uniéndose al receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ACE2). La interacción pico-ACE2 se ha convertido así en un objetivo principal de las estrategias antivirales.

Estudio: La estrategia computacional de reutilización de fármacos predijo fármacos basados ​​en péptidos que potencialmente pueden inhibir la interacción de la proteína de pico del SARS-CoV-2 con su objetivo (humanACE2).  Haber de imagen: Kateryna Kon / Shutterstock

Un nuevo estudio que aparece en la revista Más uno el 8 de enero de 2021, informa la identificación de varios péptidos nuevos de un banco de medicamentos ya existente que podrían usarse para inhibir esta unión, ya que tienen alta especificidad y afinidad de unión por el receptor ACE2. La reutilización de fármacos tiene múltiples ventajas. Es un proceso rentable, ya que se ocupa de moléculas que ya han sido probadas para su seguridad y eficacia dentro de varias dosis. En segundo lugar, los procesos de fabricación para la producción comercial de estos medicamentos ya están en marcha, en su mayor parte. Estos también están disponibles más ampliamente, lo que permite un mayor acceso inmediato.

El receptor ACE2 es un glicoproteína localizado en la membrana de varios tipos de células. Su dominio N-terminal (NTD) y su sitio catalítico están orientados hacia el espacio extracelular, lo que le permite unirse y metabolizar varios péptidos. La proteína espiga de SARS-CoV-2 tiene un bucle de inserción que alberga el dominio de unión al receptor (RBD), en el dominio C-terminal (CTD). La presencia de residuos de unión en el RBD del SARS-CoV anterior, en el CTD del SARS-CoV-2 y en el receptor ACE2 del huésped, indican que estos están principalmente involucrados en el descubrimiento y desarrollo de antivirales efectivos para la prevención y el tratamiento de esta condición.

Los investigadores primero buscaron más de mil compuestos, utilizando un método de detección virtual para examinar su capacidad para interactuar con la superficie de unión de picos de la molécula ACE2. Se concentraron en dos péptidos que probablemente se unan al receptor con alta afinidad, en conformaciones capaces de prevenir su interacción con la proteína de pico viral.

Los científicos utilizaron simulaciones de dinámica molecular (MD) para simular las interacciones de los péptidos en 30 poses, cada una contra el sitio de unión de ACE2. Los estudios de MD son útiles para evaluar la flexibilidad y estabilidad de las proteínas implicadas en las interacciones de unión. Estos fueron refinados por la mecánica molecular, y las dos últimas poses se evaluaron para determinar su puntaje de acoplamiento y se visualizaron utilizando el software apropiado. Se ha encontrado que los estudios de acoplamiento molecular son muy útiles para predecir ligandos de unión potenciales para un receptor, cuando se conoce la estructura de un receptor y los ligandos.

Las interacciones proteína-proteína (PPI) entre la proteína de pico y el receptor ACE2 son importantes en la entrada del virus en la célula huésped. Por tanto, los investigadores predijeron y examinaron las estructuras de PPI entre las dos moléculas, con y sin uno de los dos péptidos (denominados BV2) de los estudios de acoplamiento. Se estimaron las energías de interacción y se realizaron simulaciones MD del complejo en presencia de BV2.

Estos mostraron mayor flexibilidad o movimientos aleatorios de los residuos fuera de la superficie de interacción del complejo en relación con los que están dentro. Esto sugiere que existen posibles cambios conformacionales en el complejo, que permanece moderadamente flexible. Por lo tanto, la estructura de ACE2 debe estimarse antes de realizar estudios de MD.

Péptidos que se unen a ACE2 en la superficie de unión a RBD

Luego, los investigadores examinaron el acoplamiento molecular de las moléculas de la biblioteca en la estructura promedio de ACE2, en busca de compuestos que se acoplaran con afinidades confiables o energías de unión. Estos tienen el potencial de unirse fuertemente a la superficie de unión de la espiga en el receptor ACE2.

Descubrieron que tanto en estados unidos como no unidos, el receptor ACE2 tenía una estabilidad comparable, con menos de 0,01 Å. Si es así, la entropía del receptor puede mostrar una pequeña reducción después de que el fármaco peptídico Sar9 Met (O2) 11-Sustancia P se acopla al receptor ACE2. Esto está mediado en parte por enlaces de hidrógeno que unen diferentes tipos de átomos en el complejo proteína-ligando.

Se observaron entre cuatro y 13 enlaces de hidrógeno durante la simulación de MD, lo que indica que el ligando acoplado es muy flexible. Esto apunta a la necesidad de ciclación u otra estrategia similar para reducir la entropía de tales inhibidores de la unión spike-ACE2. A pesar de la variación en el número de enlaces de hidrógeno, el Sar9 Met (O2) 11-Sustancia P formó un complejo estable con ACE2.

El péptido modula los PPI spike-ACE2

Luego, los investigadores observaron las energías libres de unión predichas entre el pico y el receptor ACE2 con y sin un inhibidor de péptido acoplado. Descubrieron que, en comparación con -35,05 kcal / mol para la postura más alta en ausencia de un inhibidor de péptidos, era menos de la mitad, a -17,32 kcal / mol, en presencia de BV2, lo que indica que este último restringe dichos IBP.

Estabilidad estructural de los IBP

Cuanto mayor sea la raíz cuadrática media de fluctuación (RMSF) de los residuos en la región PPI del complejo ACE2-RBD, es probable que la proteína sea más flexible (y menos estable). Por el contrario, cuanto mayor sea la desviación cuadrática media (RMSD) de la columna vertebral de la proteína en las mismas regiones, es probable que sea menos estable. En el estudio actual, la presencia del inhibidor del péptido acoplado provocó un aumento en la RMSD y la RMSF.

Esto sugiere que el fármaco acoplado interrumpió la estabilidad del complejo pico proteína-hACE2 por interferencia estérica y / o electrostática con los residuos interactuantes que mantenían unido el complejo proteína-proteína “.

Una exploración adicional de este aspecto mostró que la afinidad de unión entre ACE2 y el RBD viral disminuyó hasta la mitad cuando el inhibidor peptídico BV2 estaba presente. Esto sugiere que este fármaco es capaz de interrumpir el PPI que subyace a la infección viral de la célula huésped por SARS-CoV-2.

¿Cuáles son las implicaciones?

Los investigadores han predicho péptidos que se pueden usar como base para desarrollar antivirales capaces de unirse a la superficie de unión de la espiga ACE2-SARS-CoV-2 e inhibir la interacción de la proteína espiga con sus células huésped. Estos péptidos ya desarrollados requieren una validación adicional y luego pueden reutilizarse para la terapia de COVID-19, como tal, o en forma de medicamentos más nuevos con estructura y función similares.

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