クラウドソーシングイニシアチブによる強力なSARS-CoV-2抗ウイルス剤の生産

最近のジャーナルで発表された研究 科学 重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）の主要プロテアーゼ（Mpro）のためのクラウドソーシング、オープンサイエンス、および構造ベースの薬物発見プログラムについて説明しました。

勉強する： 強力な非共有SARS-CoV-2主要タンパク質分解酵素阻害剤の公共科学の発見。 画像クレジット：コロナボレアリススタジオ/Shutterstock

コロナ19制御における抗ウイルス治療薬の重要性

コロナウイルス疾患2019（COVID-19）を軽減できない場合、アクセス可能な治療法が提供されていない限り、ウイルスは風土病化します。 抗ウイルス治療薬はコロナ19を制御するために不可欠であり、モルヌピラビル、ニマトレルビル、エンシトレルビルを含むいくつかの経口抗ウイルス剤が承認されています。 SARS-CoV-2 Mproは、複製の役割、CoV全体にわたる高い保存レベル、ヒトプロテアーゼとの違いを考慮すると、薬物開発の魅力的な標的でした。

クラウドソーシング薬の発見：コロナムーンショットイニシアチブ（COVID Moonshot Initiative）

この研究では、研究者たちはSARS-CoV-2に対する強力な抗ウイルス薬の公共科学の発見を報告しました。 このプログラム「COVID Moonshot」は、SARS-CoV-2 Mproを目指して、独自の彫刻に浸した結晶を評価し、アクティブサイトに居住する71のヒットを識別する迅速な彫刻スクリーニングを構築しました。 非共有断片ヒットは酵素アッセイにおいて阻害活性を欠いていたが、高解像度相互作用マップを提供した。

チームは2020年3月にオンラインクラウドソーシングプラットフォームを開始し、参加者に彫刻ヒットに基づいて設計された化合物を提出するよう依頼しました。

合成とスクリーニング

合成のために選択された化合物を評価するために、生化学的分析およびＸ線結晶学を使用し、その結果も同じプラットフォームで明らかにした。 デザインは、コアグループ（実験室および医薬品化学者）とコミュニティに貢献しました。

CRO（受託研究機関）であるEnamineは、化合物の合成を担当しました。 チームは、CROのビルディングブロックインベントリと推定された合成複雑さを使用して、すべての送信の合成経路を計算しました。 予測された合成の複雑さは、標的化合物の合成に必要な実際の時間と相関関係がありました。 次に、錬金術的自由エネルギー計算を用いて仮想合成ライブラリの設計と類似体の有効性を推定した。

研究者らは、グローバル分散コンピューティングネットワーク（Folding @ home）を使用して、すべての提出物の結合自由エネルギーを推定しました。 最初は、クラウドソーシングデザインの最初の週に生成されたデータを使用して小規模な研究が行われました。 これらの計算の結果は、実験的に決定された親和性とよく関連している。 次に、錬金術的自由エネルギー計算は、選択と反復設計を導く別の基準でした。

ベンゾピラン環の装飾、ベンゾピランシステムの交換、イソキノリンシステムの交換など、年代順に分かれた3つのデザインキャンペーンが観察されました。 これらの計算は、仮想ライブラリから強力なアナログを選択するのに役立ち、かなりの合成努力が必要な部分を強調しました。 そのため、チームは合成のために提案された小さなライブラリを優先的に検討しました。

構造活性分析による抗ウイルス効果の最適化

高速構造 – 活性関係（SAR）評価は、MAT-POS-4223bc15-21を拡張するためのアミドカップリングの最適化、およびADA-POS-4223bc15-21を拡張するためのChan-Lam反応の例など、ナノモルスケールの高スループット化学（HTC）を使用して補完されました。 UCB-6c2cb422-1。 Chan-Lamおよびamideシリーズでは、それぞれ7および20の化合物が再合成のために選択されました。

拡張化合物は親化合物と同様の結合を有していた。 Chan-Lamファミリーの化合物の1つは、最大阻害濃度の半分がわずかに高かった（IC₅₀）親化合物より。 一方、アミドファミリーのいくつかの化合物は、ICが最大300倍向上することが示されています。₅₀ 親化合物と比較して。

結晶浸漬とX線回折により587個の構造が生成されました。 リガンド結合ホットスポットと結合ポケットの可塑性を示す構造のサブセットを分析した。 P1とP2ポケットは相互作用のホットスポットでした。 リガンドによってサンプリングされたP1ポケットのいくつかの主要な相互作用には、N145（疎水性）、H163（水素結合ドナー）、およびE166（水素結合受容体）が含まれていました。

対照的に、M165との疎水性相互作用とH41とのπスタッキング相互作用はP2で優勢でした。 次に、チームは方向性水素結合相互作用と剛性を好み、SARが急なP1を調査した。 ピリジンをイソキノリンで置き換え、N142とのさらなる相互作用を導入することで効力が増加しました。

Ｐ２周辺のＳＡＲは変化に実質的に寛大であった。 足場を堅くすることで効能の変化が可能でした。 具体的には、テトラヒドロピラン環を導入して置換基をクロマン残基に変換した。 次に、効力を維持するためにクロマンをテトラヒドロイソキノリンで置き換えた。

最後に、阻害活性および抗ウイルス効力を増大させるスルホナミドSchotten-Baumann結合を介してライブラリーを構築した。 全体的に、これにより脳の浸透率が低く、経口バイオアベイラビリティが向上し、安全性が良好な一連の強力な抗ウイルス剤が誕生しました。 in vitro-in vivo 整理の相関関係。

有望な結果：鉛化合物は高い効力を示します。

最終リードの1つであるMAT-POS-e194df51-1は、様々な細胞株の抗ウイルスアッセイで評価され、細胞毒性がなく、HeLa-ACE2細胞では126nM、A549-ACE2-TMPRSS2では64nMの中央有効濃度を示した。 細胞。 この化合物はSARS-CoV-2変異体に対しても交差反応性を示した。 結晶学的分析は、この化合物とMpro結合部位との相互作用が承認されたMpro阻害剤の相互作用と区別されることを示している。

コロナ19ムーンショット結果の示唆点と今後の展望

全体的に、この研究は、差別化されたリードを開発する際に、オープンサイエンス、特許なしの抗ウイルス薬発見プログラムの成功を実証しました。 特に日本で承認されたエンシトレルビル（ensitrelvir）は、部分的にコロナ19ムーンショット（COVID Moonshot）が共有した結晶学データに基づいて確認されました。 このプロジェクトとリードコロナ19シリーズは、リードのさらなる最適化と前臨床開発のための疎外病薬イニシアチブに採用されました。