ИСТИНА

Данный проект направлен на разработку новых, эффектиных и селективных ингибиторов nsp16/2'O-метилтрансферазы (2'-O-MTase) коронавируса SARS-CoV-2 и низкомолекулярных ингибиторов взаимодействия вирусных белков nsp16 и nsp10. Такие ингибиторы воздействуют на ключевые механизмы репликации коронавирусов и могут стать основой лекарств против коронавирусных инфекций. Несмотря на достигнутое понимание роли коронавирусного белка 2'-O-MTase его связь с врожденным иммунным ответом хозяина остается неясной. С помощью разработанных ингибиторов 2'-O-MTase мы попробуем более глубоко понять роль и механизм действия 2'-O-MTase в жизненном цикле коронавируса, и как ему при этом удаётся избегать воздействия иммунной системы.

Coronavirus disease-2019 (COVID-19), caused by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has already affected almost 47 million of people worldwide. The pandemic resulted in more than million death cases as well as the high number of patients who was required hospitalization. To date, only one anti-SARS-CoV-2 compound, remdesivir, has been granted FDA approval to treat for severe cases of COVID-19 in adults. Scientific community should thereby keep endeavors to design new means to combat with SARS-CoV-2. Given cyclic nature of pandemics caused by coronaviruses and their high pathogenicity design of broad-spectrum drugs is the perspective strategy. Such drugs can help combating with the current pandemic as well as future outbreaks. Non-structural protein 16 (nsp16) of SARS-CoV-2 is a 2'O-methyltransferase which plays a pivotal role in viral replication, particularly, in translation process and escaping the recognition by the host innate immune system. The advantage of nsp16 as the drug target is its conserved nature among coronaviruses, which means that the possible inhibitor of this enzyme can serve as a broad-spectrum antiviral agent against these pathogens. To date, there are only two inhibitors of nsp16 that compete with the nsp16 cofactor, and two peptide inhibitors that disrupt the protein-protein interaction between nsp16 and its activator, nsp10. In terms of real drug design all of these inhibitors possess drawbacks, so there is a clear need to find new nsp16 inhibitors that could become candidates for clinical trials. According to this need Lomonosov Moscow State University’s team, led by V.B. Sulimov, in the collaboration with the team from the China University of Pharmacy, led by Jiang, will perform computer-aided design, synthesis and biological evaluation of new nsp16 methyltransferase inhibitors as potential broad-spectrum agents against coronaviruses. Researchers from Lomonosov Moscow State University will prepare a molecular model of the protein and conduct a virtual screening of large libraries of off-the-shelf compounds in order to identify the primary hits. In virtual screening part of the project, activity will be predicted through the combined approach consisting of MMFF94 force field-based docking and post-processing for best docked molecules using semiempirical quantum chemistry. In addition, the team of V.B. Sulimov will perform activity predictions against nsp16 during the structural hit optimization stage. The Chinese side, led by Jiang, will carry out the experimental and synthetic part of the project including primary in vitro testing, cell-based assays, crystallography, synthesis of chemical series, PK and PD tests in animals. Through close collaboration and mutual expertise of both parties, new compounds with the potential to become candidates for clinical trials as broad-spectrum anti-coronavirus drugs will be identified.

Разработана модель трехмерной структуры белка мишени nsp16 / 2’-O-MTase. Определены области докинга для поиска ингибиторов, связывающихся в так называемый SAM-карман, где связывается с nsp16 его кофактор S-аденозилметионин (S-adenosylmethionine). Определены области докинга для связывания низкомолекулярных лигандов, препятствующего взамодействию белка nsp10 с nsp16. Проведен нативный докинг в выбранные области связывания белка-мишени nsp16 и выполнены дополнительные расчеты энтальпии связывания с помощью квантово-химического полуэмпирического метода PM7 с учетом континуальной модели растворителя COSMO. Подготовлены базы данных органических соединений для проведения суперкомпьютерного скрининга. Проведен виртуальный скриниг подготовленных баз данных программой классического докинга SOL в карман SAM белка-мишени nsp16 / 2’-O-MTase. Для отобранных соединений после докинга проведен квантово-химический постпроцессинг программой MOPAC. Скрининг и постпроцессинг проведены на суперкомпьютере Ломоносов-2. Проведен анализ результатов и отобрано нескольких десятков химически разнообразных низкомолекулярных соединений для экспериментального тестирования ингибирующей активности. Китайскими партнерами проведены экспериментальные исследования in vitro в системе «белок-субстрат-ингибитор». Определены подтвержденные ингибиторы, которые негативным образом влияют на репликацию коронавируса SARS-CoV-2 в культурах клеток.

Исполнители с российской стороны имеют большой опыт в области компьютерного дизайна лекарств. Вот уже 15 лет, как команда Сулимова В.Б. проводит исследования в области создания новых подходов к докингу и программ докинга и использует свои собственные наработки для начальной стадии разработки биологически активных молекул. В сотрудничестве с химиками и биофизиками разработанное программное обеспечение было успешно использовано для нахождения новых ингибиторов таких белков-мишеней, как интеграза ВИЧ-1, тромбин, урокиназа, фактор свертывания Xa и XIa, транскрипционный фактор YB-1. Также были предсказаны аллостерические ингибиторы β-лактамазы TEM-1 и ингибиторы главной протеазы SARS-CoV-2, для которых в ближайшее время ожидается экспериментальная проверка активности. Одним из главных инструментов докинга, разработанных в группе Сулимова В.Б., является программа докинга SOL. Данная программа выполняет классический сеточный докинг, имея относительно небольшое количество приближений при расчете энергии связывания. Программа адаптирована для использования на суперкомпьютере МГУ имени М.В. Ломоносова «Ломоносов-2» для массированного запуска процедур докинга и выполнения in silico скрининга нескольких десятков тысяч малых молекул.

Будут разработаны новые избирательные ингибиторы nsp16/2’O-метилтрансферазы (2’-O-MTase) коронавируса SARS-CoV-2 для дальнейших исследований и разработок анти-коронавирусных лекарственных препаратов широкого спектра действия. Создана основа для перехода к доклиническим испытаниям новых соединений на животных. С помощью разработанных ингибиторов 2'-O-MTase будут более глубоко изучены функции и механизмы работы вирусной 2’-O-MTase, её роли в механизме защиты коронавируса от его распознавания иммунной системой человека.