بر اساس تحقیقات جدید به رهبری دانشمندان در ایالت پن، چندین داروی مورد تایید FDA – از جمله برای دیابت نوع 2، هپاتیت C و HIV – به طور قابل توجهی توانایی نوع دلتا SARS-CoV-2 را برای تکثیر در سلول های انسانی کاهش می دهد. به طور خاص، تیم دریافت که این داروها آنزیم‌های ویروسی خاصی به نام پروتئازها را که برای تکثیر SARS-CoV-2 در سلول‌های انسانی آلوده ضروری هستند، مهار می‌کنند.
جویس خوزه، استادیار بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی در ایالت پن می‌گوید: «واکسن‌های SARS-CoV-2 پروتئین اسپایک را هدف قرار می‌دهند، اما این پروتئین تحت فشار انتخابی قوی قرار دارد و همانطور که با Omicron دیدیم، می‌تواند دچار جهش‌های قابل توجهی شود. . نیاز فوری به عوامل درمانی SARS-CoV-2 وجود دارد که بخش‌هایی از ویروس را به غیر از پروتئین اسپایک هدف قرار می‌دهند که احتمال تکامل آنها وجود ندارد.»
تحقیقات قبلی نشان داده است که دو آنزیم SARS-CoV-2 – پروتئازها از جمله Mpro و PLpro – اهداف امیدوارکننده‌ای برای توسعه داروهای ضد ویروسی هستند. برای مثال، درمان کووید-19 فایزر، Paxlovid، Mpro را هدف قرار می دهد. به گفته خوزه، این آنزیم ها نسبتاً پایدار هستند. بنابراین، بعید است که جهش های مقاوم به دارو به سرعت ایجاد کنند.
کاتسوهیکو موراکامی، پروفسور بیوشیمی و زیست‌شناسی مولکولی، پن استیت، خاطرنشان کرد که این پروتئازهای ویروسی، به دلیل قابلیت‌هایشان در شکافتن یا بریدن پروتئین‌ها، برای تکثیر SARS-CoV-2 در سلول‌های آلوده ضروری هستند.
SARS-CoV-2 از ژنوم RNA خود پروتئین‌های طولانی به نام پلی پروتئین‌ها تولید می‌کند که باید توسط این پروتئازها به پروتئین‌های منفرد تقسیم شوند که منجر به تشکیل آنزیم‌ها و پروتئین‌های ویروسی می‌شود تا پس از ورود به سلول، تکثیر ویروس آغاز شود. موراکامی توضیح داد. “اگر یکی از این پروتئازها را مهار کنید، انتشار بیشتر SARS-CoV-2 در فرد مبتلا می تواند متوقف شود.”
این یافته ها امروز (25 فوریه) در مجله منتشر شد زیست شناسی ارتباطات.
این تیم سنجشی را برای شناسایی سریع مهارکننده های پروتئازهای Mpro و PLpro در سلول های زنده انسان طراحی کردند.
خوزه گفت: «اگرچه سنجش‌های دیگری در دسترس است، اما ما آزمایش جدید خود را طوری طراحی کردیم که بتوان آن را در سلول‌های زنده انجام داد، که ما را قادر می‌سازد تا سمیت مهارکننده‌ها را برای سلول‌های انسانی به طور همزمان اندازه‌گیری کنیم.»
محققان از روش خود برای آزمایش کتابخانه ای از 64 ترکیب – از جمله مهارکننده های HIV و پروتئازهای هپاتیت C استفاده کردند. سیستئین پروتئازها، که در انگل های تک یاخته ای خاص وجود دارند. و دی پپتیدیل پپتیداز، یک آنزیم انسانی درگیر در دیابت نوع 2 – به دلیل توانایی آنها در مهار Mpro یا PLpro. از میان 64 ترکیب، تیم یازده ترکیبی را شناسایی کرد که بر فعالیت Mpro و پنج ترکیب بر فعالیت PLpro تأثیر گذاشتند که بر اساس کاهش 50 درصدی فعالیت پروتئاز با 90 درصد زنده ماندن سلولی بود.
انوپ نارایانان، دانشیار پژوهشی بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی، فعالیت ترکیبات را با استفاده از میکروسکوپ کانفوکال زنده زیر نظر داشت.
نارایانان گفت: ما این آزمایش را طوری طراحی کردیم که اگر این ترکیب بر پروتئازها تأثیر می گذاشت، فلورسانس را در مناطق خاصی از سلول مشاهده کنید.
سپس، این تیم فعالیت ضد ویروسی 16 مهارکننده PLpro و Mpro را علیه ویروس‌های SARS-CoV-2 در سلول‌های انسان زنده در یک مرکز BSL-3، آزمایشگاه Eva J. Pell ABSL-3 برای تحقیقات بیولوژیکی پیشرفته در ایالت پن، ارزیابی کردند. و کشف کردند که هشت نفر از آنها فعالیت ضد ویروسی وابسته به دوز علیه SARS-CoV-2 داشتند. به طور خاص، آنها دریافتند که Sitagliptin و Daclatasvir PLpro را مهار می کنند و MG-101، Lycorine HCl و Nelfinavir mesylate Mpro را مهار می کنند. از این میان، تیم دریافت که MG-101 همچنین با مهار پردازش پروتئاز پروتئین اسپایک، مانع از توانایی ویروس در آلوده کردن سلول‌ها می‌شود.
نارایانان گفت: «ما دریافتیم که وقتی سلول‌ها با مهارکننده‌های انتخابی پیش تیمار شدند، تنها MG-101 بر ورود ویروس به سلول‌ها تأثیر گذاشت.
علاوه بر این، محققان دریافتند که درمان سلول‌ها با ترکیبی از مهارکننده‌های Mpro و PLpro دارای اثر ضد ویروسی افزودنی است و حتی بیشتر از تکثیر SARS-CoV-2 جلوگیری می‌کند.
خوزه گفت: «در کشت سلولی، ما نشان دادیم که اگر مهارکننده‌های Mpro و PLpro را ترکیب کنید، بدون افزایش سمیت، تأثیر قوی‌تری روی ویروس خواهید داشت. “این مهار ترکیبی بسیار قوی است.”
برای بررسی مکانیسمی که توسط آن MG-101 فعالیت پروتئاز Mpro را مهار می کند، دانشمندان، از جمله مانجو ناروال، محقق فوق دکتری در بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی، از کریستالوگرافی اشعه ایکس برای به دست آوردن ساختاری با وضوح بالا از MG-101 در مجتمع استفاده کردند. Mpro.
ناروال گفت: «ما توانستیم نحوه تعامل MG-101 با سایت فعال Mpro را ببینیم. این بازدارنده پلی پروتئین را تقلید می کند و به روشی مشابه به پروتئاز متصل می شود، در نتیجه پروتئاز را از اتصال به پلی پروتئین و قطع آن که یک مرحله ضروری در تکثیر ویروس است، مسدود می کند.
موراکامی افزود: “با درک نحوه اتصال ترکیب MG-101 به محل فعال، می توانیم ترکیبات جدیدی طراحی کنیم که ممکن است حتی موثرتر باشند.”
در واقع، این تیم در حال طراحی ترکیبات جدید بر اساس ساختارهایی است که با کریستالوگرافی اشعه ایکس تعیین کرده اند. آنها همچنین قصد دارند داروهای ترکیبی را که قبلاً نشان داده بودند در شرایط آزمایشگاهی مؤثر هستند را روی موش آزمایش کنند.
اگرچه دانشمندان نوع دلتا SARS-CoV-2 را مورد مطالعه قرار دادند، اما گفتند این داروها احتمالاً در برابر Omicron و انواع آینده موثر خواهند بود زیرا قسمت‌هایی از ویروس را هدف قرار می‌دهند که بعید است به طور قابل توجهی جهش پیدا کنند.
خوزه گفت: «توسعه داروهای ضد ویروسی با طیف وسیع علیه طیف وسیعی از کروناویروس‌ها، استراتژی درمانی نهایی برای عفونت‌های ویروسی در گردش و در حال ظهور است. تحقیقات ما نشان می‌دهد که استفاده مجدد از داروهای مورد تایید FDA که در مهار فعالیت‌های Mpro و PLpro مؤثر هستند، ممکن است یک استراتژی مفید در مبارزه با SARS-CoV-2 باشد.
سایر نویسندگان این مقاله عبارتند از سیدنی A. Majowicz، دانشجوی کارشناسی ارشد، و Shay A. Toner، دانشجوی کارشناسی، Penn State. کارمین واریکیو، دانشیار پژوهشی فوق دکترا، و آندریا برانکل، استاد شیمی دارویی، دانشگاه کاردیف. و کارلو بالاتوره، استاد شیمی دارویی، دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو.
مؤسسه ملی بهداشت، دفتر علم دولت ولز و مؤسسه علوم زیستی هاک در ایالت پن (کمک هزینه بذر کووید-19 برای آزمایشگاه خوزه) از این تحقیق حمایت کردند.