Dezvoltarea antiviralelor în mod rațional: „tocirea” foarfecii sars-cov-2

De câte ori ne-am dorit în ultimele luni ca antiviralele specifice împotriva SARS-CoV-2 să fie dezvoltate rapid? De multe ori, evident - și pe bună dreptate. Dar cum putem face ca această dorință să devină realitate? Ce strategii putem utiliza, profitând de informațiile ce derivă din izolarea și secvențierea materialului genetic al virusului?

În primul rând, trebuie să identificăm o țintă moleculară asupra căreia să ne îndreptăm armele. Și pentru aceasta este extrem de important să cunoaștem dinainte biologia Coronavirusului. Întâmplător, cu aproximativ douăzeci de ani în urmă, Coronavirusurile nu erau considerate foarte periculoase și persoanele ce le studiau păreau a fi interesate de o problemă cu aplicabilitate limitată pentru sănătatea oamenilor. Datorită acestor studii ghidate de curiozitatea multor oameni de știință, cercetările de bază, astăzi avem o busolă care să ne ghideze mișcările în lupta împotriva virusului.

Când Coronavirusurile infectează celulele, ele eliberează material genetic (o moleculă ARN mare) și aceasta este utilizată de mașinăria noastră celulară – la propriu deturnată – pentru a sintetiza proteinele virusului. Virusul însuși este organizat astfel încât unele dintre proteinele sale sunt sintetizate cumulat, ca perlele de pe un colier. Pentru a forma noi particule virale, proteinele trebuie să se detașeze unele de celelalte. Și aici intervine foarfeca moleculară , proteazele virale care, prin tăierea colierului în puncte specifice, eliberează proteinele pentru a-i permite fiecăreia să își îndeplinească funcția.

Principala protează a SARS-CoV-2 se numește Mpro; în absența acțiunii acesteia, virusul nu se poate reproduce și infecta noi celule! Din acest motiv, o moleculă ce „tocește” această foarfecă virală ar fi un compus cu o acțiune antivirală potențială. Acești compuși se numesc inhibitori deoarece blochează activitatea naturală a proteazei. Mpro este o țintă și mai atractivă datorită unicității sale, adică a faptului că în corpul uman nu există proteine cu o structură și funcție asemănătoare, așadar un compus ce inhibă acțiunea proteazei virale este mai puțin probabil să aibă efecte adverse grave asupra pacientului.

Cum creăm o moleculă ce inhibă proteaza Mpro? Dacă urmăriți această serie, până acum știți răspunsul: cel mai bine este să vizualizăm structura proteinei, văzând care porțiune a acesteia constituie „lama” foarfecii și ce formă are pentru a construi ceva care să o împiedice să-și efectueze tăieturile moleculare. Ce ne dorim este să obținem un compus cu afinitate ridicată față de proteină, adică poate inhiba Mpro, chiar dacă este prezent în cantități mici. Mai mult, este important să aibă o specificitate ridicată, adică să se evite distragerea sa de la sarcină de către alte proteine din celule.

Detaliu privind ciclul de reproducere al SARS-CoV-2. Învelișul virusului fuzionează cu membrana celulară. De îndată ce ARN-ul este eliberat în citoplasmă, este tradus în poliproteine, inclusiv proteaza principală (foarfeca din imagine). Proteaza efectuează tăieturi în poliproteine: una dintre aceste tăieturi se află la originea ARN-polimerazei, esențială pentru reproducerea virusului.

Încă din februarie, grupurile de cercetare ale prof. Rao și Hilgenfeld au determinat primele structuri Mpro din SARS-CoV-2 ambele sub forma unei „foarfece deschise” și legate de diverși inhibitori, unul dintre acestea fiind foarte specific și având potențialul de a reprezenta un antiviral în viitor. Proteaza Mpro este un dimer, adică pentru a funcționa trebuie să fie sub forma a două lanțuri egale asociate unul cu celălalt, și are un buzunar la suprafață, unde este tăiată poliproteina virală. Caracteristicile acestui buzunar (formă, mărime) trebuie utilizate pentru a crea un inhibitor optim.

Detalii privind structura de tip dimer a Mpro din SARS-CoV-2, reprezentată sub forma unei suprafețe moleculare, cu cele două lanțuri colorate în două nuanțe de verde. Analiza caracteristicilor structurale ale proteinei a facilitat identificarea unui buzunar la suprafață unde este tăiată poliproteina virală și crearea inhibitorilor. Un exemplu îl reprezintă un compus complementar ca formă și caracteristici chimice buzunarului de la suprafață, și care inhibă activitatea Mpro. Structura utilizată pentru crearea imaginilor este depusă cu codul 6Y2F în Banca de date cu proteine (http://www.rcsb.org/pdb). Prin amabilitatea Dr. Degano.

În prezent au fost determinate 152 de structuri Mpro în legătură cu diferite fragmente de molecule ce oferă indicații despre cum să îmbunătățim afinitatea și specificitatea inhibitorilor. În acest caz tehnica utilizată este cristalografia de raze X: din 1945 ne permite să vizualizăm molecule biologice în detaliu până la nivelul unui atom singular. În următorul episod vom vedea ce este cristalografia și cum funcționează!