JMC|靶向DDX3X特定結構域的計算策略發現高選擇性廣譜抗病毒抑制劑

2021-01-15 中大唯信

引言

新興病毒如登革和寨卡等都可以引起大範圍的病毒傳播。作為絕對寄生體，所有病毒有共同的細胞途徑，這為開發廣譜抗病毒藥提供了靶向宿主因子的可能性。人源DEAD-box RNA解旋酶DDX3X是病毒複製必需但同時對於細胞發育具有重要作用，是抗腫瘤的潛在靶點。因此，開發具有抗病毒但同時不影響宿主細胞發育的高選擇性DDX3X抑制劑具有重意義。傳統DDX3X抑制劑是針對ATP和RNA結合位點，但是該結合位點抑制劑選擇性差。義大利遺傳研究所Giovanni Maga團隊通過結構和序列比對，發現一個獨特的結構域（UM），該結構域與人體其他蛋白序列同源性低，因此靶向該結構域，有望發現靶向DDX3X高選擇型抑制劑。

先睹為快

靶點

DDX3X：人源DEAD-box RNA解旋酶（PDB ID：2DB3、2I4I）

資料庫

Asinex Gold 和 Platinum資料庫（共583040個小分子）

計算方法

同源建模，分子對接

計算軟體

Schrodinger Prime、PocketPicker、Schrodinger Glide、Gold (chemscore)

計算流程

Giovanni Maga團隊運用同源建模和高通量虛擬篩選相結合的策略發現作用於DDX3X特定結合域的抑制劑。通過使用Prime同源模建及PocketPicker找到潛在結合口袋，接著Glide分子對接初步篩選化合物庫Asinex Gold 和Platinum共約58萬分子，選擇得分較高的約7.5萬分子用GOLD再次進行對接得到103個化合物，最終選擇10個進行生物活性測試。其中化合物5的IC50值在0.7μM，表明它是一種新的DDX3X抑制劑，對5簡單修飾改造後的化合物11~13在微摩爾範圍內表現出良好的廣譜抗病毒藥效且無細胞毒，可作為西尼羅河、登革熱治療的候選藥物。

基於結構的虛擬篩選

基於結構的藥物設計依賴於高解析度的結構，Giovanni Maga團隊在項目之初並無可用結構，作者使用果蠅vase DEAD-box解旋酶的晶體結構（PDB code:2DB3）作為第一個模板，與人源DDX3X的序列同源性為44%但缺少獨特結構域（UM），因此，處於開放構象中的DDX3X晶體結構（PDB code:2I4I）作為第二個模板填補了這個空白，同源建模中的UM與晶體結構中的RMSD為1.03 , 建模結果可靠。利用PocketPicker在UM域發現了一個由α螺旋組成的潛在結合口袋。接著使用Glide分子對接初步篩選約58萬分子，選擇得分較高的約7.5萬分子用GOLD再次進行對接得到103個化合物，根據分子結構和與活性位點的極性相互作用，最終選擇10個進行生物活性測試。一系列突變實驗顯示Glu256對DDX3X酶活性至關重要，是抑制劑能否與UM域結合的主要決定因素。活性測試結果表明化合物5及其修飾產物表現出良好的廣譜抗病毒藥效且無細胞毒，可作為西尼羅河、登革熱治療的候選藥物。這首次為開發兼具廣譜抗病毒活性和靶標選擇性分子提供了理論和實例支撐。

圖1. DDX3X抑制劑結合口袋的建模過程.

圖片來源：JMC

體外活性驗證

生化活性分析顯示化合物5活性較好，而化合物1和7對接得分較高卻無活性的原因是缺少與5一樣和Glu256、Cys317的相互作用。化合物11是5的乙酸鹽形式，12和13是11的R和S對映異構體。抗病毒活性測試顯示化合物11及其對映異構體12和13能減弱DENV和WNV在Huh-7細胞系上的複製能力，在微摩爾範圍內顯示出令人鼓舞的抗病毒活性，IC50（DENV）值大致相當，IC50（WNV）甚至比廣譜抗病毒藥利巴韋林更好，且無明顯細胞毒。使用三種RNA解旋酶對化合物11和14進行的抑制試驗顯示，所有化合物均抑制DDX1，比DDX3X約低4個數量級，且對STRS2和NS3完全無活性，證實了對DDX3X的選擇性抑制。

圖2. 抑制劑對DENV和WNV的抗病毒活性及對DDX3X的選擇性

圖片來源：JMC

參考文獻

Unique Domain for a Unique Target: Selective Inhibitors of Host Cell DDX3X to Fight Emerging Viruses. Valentina Riva, Anna Garbelli, Annalaura Brai, Federica Casiraghi, Roberta Fazi, Claudia I. Trivisani, Adele Boccuto, Francesco Saladini, Ilaria Vicenti, Francesco Martelli, Maurizio Zazzi,

Simone Giannecchini, Elena Dreassi, Maurizio Botta, and Giovanni Maga*. J. Med.Chem.2020.07.30; doi: https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.0c01039

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