Новые ингибиторы 3C-подобной протеазы блокируют размножение коронавирусов

В настоящее время не существует утвержденных вакцин или лекарственных средств для лечения инфекций, вызванной коронавирусами MERS-CoV, SARS-CoV-1 и SARS-CoV-2. Среди кандидатных лекарственных препаратов, специфически действующих именно на коронавирусы, одни из самых перспективных — ингибиторы протеаз этих вирусов.

Геном коронавируса SARS-CoV-2 содержит на 5'-конце две перекрывающиеся открытые рамки считывания (ORF1a и ORF1b), которые кодируют полипротеины pp1a и pp1ab. Эти полипротеины расщепляются 3C-подобной протеазой (3CLpro, она же главная протеаза — Main protease, MPro) по 11 сайтам и папаин-подобной протеазой (PLpro) по 3 сайтам. При этом образуются 16 зрелых неструктурных белков, в том числе и РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) — фермент, необходимый для репликации вируса. 3CLpro представляет собой цистеиновую протеазу с двумя N-концевыми доменами, между которыми находится активный участок с каталитической парой аминокислотных остатков His-Cys.

Ученые из США синтезировали ингибиторы 3C-подобной протеазы для широкого спектра вирусов, в том числе для норовирусов и коронавирусов, которым она нужна для репликации, и для пикорнавирусов, также использующих цистеиновые протеазы. В исследовании участвовали вирусологи Колледжа ветеринарной медицины университета штата Канзас, давно работавшие по гранту NIH над созданием противовирусных препаратов, а также научные группы из других университетов, в том числе Стэнли Перлман из университета Айовы (подробнее о его мышиных моделях коронавирусных инфекций).

В ходе поэтапного синтеза была получена серия ингибиторов 3CLpro. Их активность против 3CLpro различных коронавирусов анализировали с помощью метода флуоресцентного резонансного энергетического переноса (FRET), а также in vitro с использованием клеточных культур. В частности, анализировали клетки Huh7, инфицированные MERS-CoV, клетки Vero E6, инфицированные SARS-CoV-2, клетки CRFK, инфицированные вирусом инфекционного перитонита кошек (FIPV), и клетки CCL1, инфицированные вирусом гепатита мышей (MHV). При этом определяли дозу, достаточную для гибели 50% клеток. Также проверили эффективность соединения GC376, которое на данный момент проходит клинические исследования как препарат против инфекционного перитонита кошек — это заболевание смертельно для животных, и лекарства против него, как и против коронавирусов человека, активно ищут.

Эффективность двух ингибиторов, показавших лучшие результаты, в том числе против SARS-CoV-2, — в статье они обозначены 6е и 6j, — проверяли in vivo на мышиной модели MERS-CoV. Мышей заражали адаптированным вирусом MERS-CoV и случайным образом распределяли в контрольную и экспериментальную группы. Анализируемые вещества вводились внутрибрюшинно в дозе 50 мг/кг раз в день, через 1, 2 и 3 дня после заражения. Наблюдения за животными вели на протяжении 15 дней.

Ингибиторы 3CLpro демонстрируют противовирусную активность в отношении всех исследуемых коронавирусов. Соединение 6j также хорошо показало себя на мышиной модели: оно значительно снижало вирусную нагрузку в тканях легких и уменьшало их повреждения. Все мыши выживали и восстанавливали потерянный вес. Однако более позднее назначение резко снижало эффективность.

Анализ комплексов протеаз и ингибиторов методом рентгеновской кристаллографии показал, что ингибирование происходит за счет образования ковалентной связи между цистеином активного центра фермента и карбонильным углеродом альдегидной группы ингибитора. Разница в эффективности обусловлена различиями в конформации ингибиторов, что определяет образование водородных связей.

Ученые подчеркивают, что клиническая эффективность синтезированных ими потенциальных лекарств против коронавирусных инфекций зависит от многих, пока мало изученных факторов, в том числе от биодоступности препаратов, их химической стабильности, метаболизма и др. Чтобы определить эти характеристики кандидатных лекарств, нужны дополнительные исследования.

О другой группе потенциальных лекарств — ингибиторах папаинподобных протеаз коронавирусов на PCR.news