Химики MIT тестируют фрагмент белка, который может ингибировать способность коронавирусов проникать в клетки легких человека.
Исследование, описанное в этой статье, было опубликовано на сервере препринтов, но еще не было рецензировано научными или медицинскими экспертами.
В надежде разработать возможное лечение для Covid-19, команда химиков MIT разработала кандидата на лекарства, который, по их мнению, может блокировать способность коронавирусов проникать в клетки человека. Потенциальное лекарство представляет собой короткий фрагмент белка или пептид, который имитирует белок, обнаруженный на поверхности клеток человека.
Исследователи показали, что их новый пептид может связываться с вирусным белком, который коронавирусы используют для проникновения в клетки человека, потенциально обезвреживая его.
«У нас есть свинцовое соединение, которое мы действительно хотим исследовать, потому что оно фактически взаимодействует с вирусным белком так, как мы предсказывали его взаимодействие, поэтому у него есть шанс ингибировать проникновение вируса в клетку-хозяина», говорит Брэд Пентелюте, доцент химического факультета Массачусетского технологического института, который возглавляет исследовательскую группу.
Группа MIT сообщила о своих первоначальных результатах в препринте, размещенном на bioRxiv , онлайн-сервере препринтов, 20 марта. Они отправили образцы пептида сотрудникам, которые планируют провести тесты в клетках человека.
Молекулярное нацеливание
Лаборатория Pentelute начала работу над этим проектом в начале марта, после того , как исследовательская группа в Китае опубликовала крио-ЭМ структуру белка спонта коронавируса вместе с рецептором человеческих клеток, с которым он связывается. Коронавирусы, в том числе SARS-CoV-2, который вызывает текущую вспышку Covid-19, имеют много белковых пиков, высовывающихся из их вирусной оболочки.
Исследования SARS-CoV-2 также показали, что специфическая область белка шипа, известная как домен, связывающий рецептор, связывается с рецептором, называемым ангиотензин-превращающим ферментом 2 (ACE2). Этот рецептор находится на поверхности многих клеток человека, в том числе и в легких. Рецептор ACE2 также является точкой входа, используемой коронавирусом, который вызвал вспышку атипичной пневмонии 2002-03 гг.
В надежде на разработку лекарств, которые могли бы блокировать проникновение вируса, Genwei Zhang, постдок в лаборатории Pentelute, выполнил компьютерное моделирование взаимодействий между рецептором ACE2 и доменом связывания рецептора белка спонта коронавируса. Эти моделирования выявили место, где рецептор-связывающий домен присоединяется к рецептору ACE2 - отрезку белка ACE2, который образует структуру, называемую альфа-спиралью.
«Этот вид моделирования может дать нам представление о том, как атомы и биомолекулы взаимодействуют друг с другом, и какие части необходимы для этого взаимодействия», - говорит Чжан. «Молекулярная динамика помогает нам сузить конкретные области, на которых мы хотим сосредоточиться при разработке терапии».
Затем команда MIT использовала технологию синтеза пептидов, которую ранее разработала лаборатория Pentelute, для быстрого генерирования пептида из 23 аминокислот с той же последовательностью, что и альфа-спираль рецептора ACE2. Их настольный аппарат для синтеза пептидов на основе потока может образовывать связи между аминокислотами, строительными блоками белков, примерно за 37 секунд, и для генерации полных пептидных молекул, содержащих до 50 аминокислот, требуется менее часа.
«Мы создали эти платформы для действительно быстрого оборота, поэтому я думаю, именно поэтому мы сейчас находимся на этом этапе», - говорит Пентелюте. «Это потому, что у нас есть эти инструменты, которые мы создали в MIT за эти годы».
Они также синтезировали более короткую последовательность, состоящую только из 12 аминокислот, обнаруженных в альфа-спирали, а затем протестировали оба пептида с использованием оборудования в Центре биофизической аппаратуры MIT, которое может измерить, насколько сильно две молекулы связываются вместе. Они обнаружили, что более длинный пептид демонстрировал сильное связывание с рецептор-связывающим доменом белка-шипа Covid-19, тогда как более короткий пептид демонстрировал незначительное связывание.
Много вариантов
Хотя MIT была сворачивают на кампусе исследований с середины марта, лаборатории Pentelute было предоставлено специальное разрешение , позволяющее небольшую группу исследователей продолжать работу над этим проектом. В настоящее время они разрабатывают около 100 различных вариантов пептида в надежде увеличить его силу связывания и сделать его более стабильным в организме.
«У нас есть уверенность в том, что мы точно знаем, где взаимодействует эта молекула, и мы можем использовать эту информацию для дальнейшего уточнения, чтобы мы могли надеяться получить более высокую аффинность и большую эффективность, чтобы блокировать проникновение вируса в клетки», - говорит Пентелюте.
Между тем, исследователи уже отправили свой оригинальный пептид из 23 аминокислот в исследовательскую лабораторию в Медицинской школе Икан на горе Синай для тестирования на клетках человека и, возможно, на животных моделях инфекции Covid-19.
В то время как десятки исследовательских групп по всему миру используют различные подходы для поиска новых методов лечения Covid-19, Пентелют считает, что его лаборатория является одной из немногих, которые в настоящее время работают над пептидными препаратами для этой цели. Одним из преимуществ таких препаратов является то, что они относительно просты в производстве в больших количествах. Они также имеют большую площадь поверхности, чем низкомолекулярные препараты.
«Пептиды являются более крупными молекулами, поэтому они действительно могут захватывать коронавирус и препятствовать проникновению в клетки, тогда как, если вы использовали небольшую молекулу, трудно заблокировать всю область, которую использует вирус», - говорит Пентелюте. «Антитела также имеют большую площадь поверхности, поэтому они также могут оказаться полезными. Те просто занимают больше времени, чтобы произвести и обнаружить. ”
Один из недостатков пептидных препаратов заключается в том, что их обычно нельзя принимать перорально, поэтому их придется вводить внутривенно или инъецировать под кожу. Их также необходимо изменить, чтобы они могли оставаться в кровотоке достаточно долго, чтобы быть эффективными, над чем также работает лаборатория Пентелюте.
«Трудно представить, сколько потребуется времени, чтобы что-то проверить у пациентов, но моя цель - получить что-то в течение нескольких недель. Если это окажется более сложным, это может занять месяцы », - говорит он.
В дополнение к Пентелюте и Чжану, другие исследователи, перечисленные в качестве авторов препринта, - это постдок Себастьян Помплун, аспирант Александр Лофтис и ученый-исследователь Андрей Лоас.
Химики из Массачусетского технологического института разработали пептид, который может связываться с частью белка спонта коронавируса, который, как они надеются, может предотвратить проникновение вируса в клетки.
