Alors que la maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) continue de se propager dans le monde, le besoin d’antiviraux efficaces devient plus urgent. À ce jour, le coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) a causé plus de 138,40 millions de cas et plus de 2,97 millions de décès.
Une équipe internationale de chercheurs s’est concentrée sur la partie macrodomaine du produit génique non structurel de la protéine 3 (Nsp3) que SARS-CoV-2 utilise pour renverser la réponse antivirale naturelle de la cellule hôte.
L’équipe a fourni un modèle qui peut aider à développer de nouveaux antiviraux à action directe et capables de lutter contre la pandémie actuelle.
Publié dans le journal Progrès scientifiques, l’équipe a déterminé qu’une partie de la machinerie du virus, appelée Mac1, est importante pour la reproduction. Des études antérieures ont montré que les virus qui n’en contiennent pas ne peuvent pas se répliquer dans les cellules hôtes, ce qui laisse entendre que trouver un médicament pour le bloquer peut avoir le même effet.
Vue d’ensemble de l’approche de découverte de fragments pour le SRAS-CoV-2 Nsp3 Mac1 présentée dans cette étude. (A) Représentation de surface de Nsp3 Mac1 avec ADPr lié (cyan) dans une fente de liaison profonde et ouverte. (B) Nsp3 Mac1 a une activité (ADP-ribosyl) hydrolase, qui supprime les modifications ADP-ribosylation attachées aux cibles hôtes et pathogènes. ADPr est conjugué par C1 du ribose distal. (C) Résumé de la campagne de découverte de fragments présentée dans ce travail. Trois bibliothèques de fragments ont été criblées par cristallographie: deux à usage général [XChem and University of California San Francisco (UCSF)] et une troisième bibliothèque sur mesure de 60 composés, organisée pour Mac1 par ancrage moléculaire de plus de 20 millions de fragments. Des études cristallographiques ont identifié 214 fragments uniques se liant à Mac1, tandis que l’effort d’amarrage moléculaire a donné 20 résultats confirmés cristallographiquement. Plusieurs fragments cristallographiques et d’amarrage ont été validés par calorimétrie de titrage isotherme (ITC), fluorimétrie différentielle à balayage (DSF) et un test de déplacement ADPr-peptide basé sur HTRF.
Macrodomaines
Les macrodomaines sont des domaines protéiques conservés trouvés dans tous les règnes de la vie et dans certains virus. Les microdomaines viraux reconnaissent et éradiquent laribosylation de l’adénosine diphosphate (ADP) dérivée de l’hôte, une modification post-traductionnelle des protéines de l’hôte et du pathogène.
La réponse immunitaire innée implique la signalisation par ADP-ribosylation, qui peut aider à supprimer la réplication virale. La macrodomaine SARS-CoV-2 dans le Nsp3 contre la signalisation antivirale de l’adénosine diphosphate-ribosylation médiée par l’hôte. Cette enzyme est une cible potentielle pour les antiviraux car les mutations catalytiques rendent les virus incapables de provoquer des maladies.
Écran de fragment cristallographique
Pour arriver aux résultats de l’étude, l’équipe a utilisé un écran de fragment cristallographique de la protéine Nsp3 Mac1. Ils ont trouvé un total de 234 composés de fragments qui se fixent directement à la surface de la protéine.
À partir de là, les chercheurs ont cartographié des motifs chimiques et des interactions protéines-composés que les scientifiques et les sociétés pharmaceutiques peuvent utiliser pour concevoir des composés puissants qui pourraient être utilisés pour développer de nouveaux médicaments antiviraux.
Ces antiviraux peuvent être utilisés pour lutter contre la pandémie actuelle et les futures épidémies virales.
«L’identification robuste de ce type de matière chimique pour des cibles prometteuses et traitables comme Nsp3 est la première étape dans la découverte rationnelle de médicaments», a déclaré Frank von Delft, scientifique principal de la ligne de faisceau.
«C’est toujours un long voyage semé d’embûches et d’échecs, mais la batterie de nouvelles méthodes de biologie structurale que nous avons combinées dans cette étude, y compris le criblage de fragments à Diamond et l’amarrage informatique à l’UCSF, contribuent à changer la découverte de médicaments et à faciliter la trouver des candidats médicaments efficaces », a-t-il ajouté.
Les fragments couvrent un large éventail de motifs chimiques. L’étude actuelle fournit un plan ou un plan des prochaines étapes de la conception de molécules plus efficaces.
Les composés les plus prometteurs trouvés peuvent aider à découvrir de nouveaux médicaments, ce qui comprend non seulement l’amélioration de la puissance biologique, mais également la garantie que la molécule finale possède les propriétés essentielles, telles que des effets secondaires minimes et une absorption facile dans le corps.
Le criblage de fragments est une méthode permettant d’identifier les éléments constitutifs d’une future molécule médicamenteuse. L’approche fonctionne également en observant comment ces molécules interagissent avec la protéine étudiée. Il détermine comment la molécule influence la biologie des protéines.
Cette nouvelle méthode peut réduire le nombre de composés nécessaires à cribler pour trouver celui qui peut se lier à la protéine de surface de la cellule. L’expérience, qui a été réalisée sur la plate-forme XChem, fournit des résultats 3D qui améliorent le processus de conception et garantissent une expérience plus rentable.
Outre le criblage de fragments, l’équipe a utilisé une autre technique pour découvrir des médicaments potentiels, l’amarrage informatique. La méthode utilise des modèles informatiques et des simulations pour évaluer les interactions de molécules virtuelles avec Mac1. Dans cette méthode, les chercheurs ont identifié 60 candidats potentiels à partir de 20 millions de molécules, qui ont été évaluées par cristallographie aux rayons X. À partir de là, l’équipe a obtenu 20 bons coups.
Ces plusieurs hits de fragments ont été confirmés par liaison de solution en utilisant trois techniques, y compris la fluorimétrie différentielle à balayage, la fluorescence homogène résolue en temps et la calorimétrie de titrage isotherme. Les 234 structures de fragments ont fourni des points de départ pour le développement d’inhibiteurs puissants et efficaces de la macrodomaine SARS-CoV-2.
Ensemble, ces progrès accéléreront les progrès dans toute la communauté pour aider à valider cette cible et à créer des antiviraux efficaces », ont noté les chercheurs dans l’étude.
Référence du journal:
- Schuller, M., Correym G., Gahbauer, S. et al. (2021). Fragment de liaison au macrodomaine Nsp3 du SRAS-CoV-2 identifié par criblage cristallographique et docking informatique. Progrès scientifiques. DOI: 10.1126 / sciadv.abf8711, https://advances.sciencemag.org/content/7/16/eabf8711