Virtual Screening dan Molecular Dynamics Mengeksplorasi Potensi Obat yang Digunakan Ulang Untuk Melawan Virus Monkeypox

Read Also

Monkeypox virus (MPV) adalah Orthopoxvirus, terutama ditemukan di Afrika Tengah yang menunjukkan tingkat kematian yang tidak konsisten. Namun, MPV telah dilaporkan di beberapa negara lain, termasuk – Singapura, Amerika Serikat (AS), Inggris (UK), dan Israel.

Latar belakang

Penularan MPV terjadi melalui kontak langsung dengan cairan tubuh seperti gigitan hewan, droplet pernapasan, kontak tatap muka yang berkepanjangan, atau melalui kontak langsung dengan benda yang terkontaminasi. Apakah virus itu menular secara seksual tetap menjadi topik yang bisa diperdebatkan.

Gejala infeksi cacar monyet adalah demam, sakit kepala, malaise, dan ruam. Vaksin terhadap virus cacar ampuh dalam mencegah infeksi MPV. Diagnosis penyakit cacar monyet dilakukan dengan imunohistokimia, kultur, atau polymerase chain reaction (PCR). Obat potensial yang disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA) AS untuk mengobati infeksi MPV adalah tecovirimat.

Di antara Poxviridae, vaccinia dipelajari secara luas. Cacar, monkeypox, dan vaccinia memiliki ukuran genom yang serupa.

Tentang studi

Studi baru-baru ini yang diterbitkan di Molecules menyelidiki 'target' dalam poxvirus dan mengidentifikasi residu protein yang aktif dalam MPV, setelah itu delapan obat anti-virus potensial diusulkan. 'Target' dirujuk setelah virus vaccinia.

Untuk penelitian ini, urutan poxvirus diperoleh, berikut protein penting yang diidentifikasi. Virtual screening dilakukan, dan molecular dynamics (MD) dipelajari, setelah itu lokasi docking diidentifikasi. Untuk protein yang diprediksi AlphaFold2, docking terbalik dilakukan.

Molecular screening dan docking dilakukan, serta molecular dynamics disimulasikan. Stabilitas protein dinilai, dan metrik MD dihitung. Selain itu, pengelompokan dilakukan, dan interaksi Ligan-Reseptor diklasifikasikan.

Hasil

Secara umum, kemiripan protein yang tinggi ditemukan di seluruh target poxvirus, meskipun kodon stop prematur yang tidak bermutasi terdeteksi pada isolat Prancis – yang disisipkan di semua protein. Karena urutan yang tidak tepat pada isolat Portugal, konservasi urutan yang lebih rendah di dekat residu situs aktif diamati. Dalam isolat Prancis, penghapusan dieksplorasi jauh dari situs aktif dan docking apa pun.

Protein sebagian besar stabil. Temuan menunjukkan tidak adanya perubahan keseluruhan yang signifikan dalam konformasi selama simulasi dan tidak adanya perubahan drastis lokal dalam struktur konformasi yang dapat mempengaruhi stabilitas docking.

Terlihat bahwa situs yang dihapus berhadapan dengan situs aktif. Temuan menunjukkan bahwa obat yang diuji aktif di seluruh isolat yang berbeda; namun, lokasi aksi mereka jauh dari target.

Obat rutaercarpine dan NMCT dipilih untuk target A48R. Kedua obat mengungkapkan interaksi hidrofobik. Sepanjang seluruh simulasi, root means square deviation (RMSD) dari kedua obat tetap rendah. Pada saat yang sama, NMCT membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan sedikit residu asam amino. Percobaan selanjutnya membuktikan stabilitas ligan.

Obat nilotinib dipilih untuk target A50R; itu menunjukkan highest binding affinity di antara semua screened drugs. Daerah hidrofilik dan hidrofobik asam amino secara spasial proksimal. Sepanjang molecular dynamic simulation, RMSD rendah ditunjukkan oleh obat. Interaksi hidrofobik antara asam amino dan rantai karbon dicatat. Obat nilotinib lebih disukai karena bukti in silico dan waktu paruh yang relatif lebih lama.

Obat simeprevir dipilih untuk menargetkan D13L. Nilai energi ikat obat tinggi. Itu lebih tinggi dari rifampisin – obat model. Eksperimen mengungkapkan pembentukan ikatan hidrogen dengan ikatan hidrogen yang ada, yang dibentuk oleh X-ray-derived rifampicin. Kemampuan mengikat yang kuat dicatat, menunjukkan bahwa simeprevir adalah penghambat yang lebih kuat.

Untuk target F13L, obat hypericin dan naldemedine dipilih. Afinitas pengikatan kedua obat ini lebih tinggi daripada tecovirimat – obat kontrol. Hypericin mengungkapkan struktur seperti sarang lebah yang cocok dengan F13L; ujung hidrofilik berinteraksi sesuai dengan protein. Hypericin memiliki dua ikatan hidrogen dengan residu asam amino neighboring

Kedua daerah hidrofilik dan hidrofobik terdeteksi di naldemedine, yang terikat pada kelompok nitrogen hidrofilik. Kedua obat memiliki nilai RMSD yang konsisten dan stabil dalam simulasi. Naldemedine mengungkapkan beberapa ikatan hidrogen yang stabil dan beberapa interaksi hidrofobik dengan residu protein F13L.

Fosdagrocorat dan lixivaptan dipilih untuk target 17L. Kedua obat menunjukkan afinitas pengikatan terkuat dibandingkan dengan kontrol – TTP6171. Mereka juga menunjukkan peningkatan stabilitas dengan nilai RMSD yang lebih rendah dan fluktuasi yang lebih sedikit selama simulasi. Fosdagrocorat mengungkapkan ikatan hidrogen yang kuat selama simulasi. Cincin aromatik di kedua obat memungkinkan pi-stacking, lebih lanjut menstabilkan posisi ligan.

Ligan keseluruhan dipasang kira-kira dalam 0,3 nm untuk semua target dengan kapasitas pengikatan yang berbeda. Semua obat mapan, kecuali mitoxantrone, memiliki afinitas pengikatan yang lebih kuat

TTP-6171, kontrol untuk 17L memiliki nilai RMSD yang lebih tinggi, meskipun menunjukkan stabilitas yang lebih besar pada tahap selanjutnya. Namun, untuk setiap 2,5 ns, RMSD-nya melampaui ambang pengelompokan.

Ada delapan dan sembilan interaksi hidrofobik antara target A48R – untuk NMCT dan rutaecarpine, masing-masing. A50R memiliki tujuh interaksi hidrofobik untuk mitoxantrone kontrol dan sepuluh untuk nilotinib. Sementara itu, target D13L menunjukkan lima untuk simeprevir dan sembilan untuk kontrol rifampisin; FF13L memiliki lima untuk tecovirimat, enam untuk hypericin, dan dua belas untuk naldemedine; sedangkan, untuk target 17L, tujuh interaksi hidrofobik terlihat untuk TTP6171, enam untuk fosdagrocorat, dan tujuh untuk lixivaptan. Sebagai catatan, interaksi hidrofobik yang lebih tinggi dikaitkan dengan nilai RMSD yang lebih rendah.

Sepanjang simulasi, ikatan hidrogen antara ligan dan reseptor dicatat. Dalam target A48R, ikatan hidrogen yang konsisten terbentuk antara NMCT dan Asp-13 dan Arg-72, sedangkan ikatan hidrogen sementara terdeteksi di rutaecarpine. Ikatan hidrogen yang konsisten terlihat pada target D13L – antara Gln-27 dan rifampisin dan simeprevir.

Ligan dalam target A50R, F13L, dan 17L tumpang tindih dalam ikatan hidrogen dengan banyak residu. A50R mengungkapkan ikatan hidrogen yang tidak konsisten, meskipun membentuk ikatan hidrogen yang kuat untuk Arg-8 di nilotinib dan Lys-157 di mitoxantrone. F13L menaburkan residu potensial Ser-135 dan Arg-89, sehingga mengikat ketiga obat tersebut. Untuk F13L, pengelompokan mengungkapkan ikatan hidrogen yang stabil dengan semua target obat.

Untuk 17L, obat kontrol membentuk ikatan hidrogen dengan jumlah residu terbesar. Lixivaptan dan TTP-6171 tidak membentuk ikatan hidrogen yang stabil. Dengan Asp-258 dan Gly-261, hanya fosdagrocorat yang membentuk ikatan hidrogen yang stabil.

Sepanjang simulasi, untuk A48R, ikatan hidrogen terlihat untuk rutaecarpine dan NMCT ke Lys-105 dan Asn-65. Obat-obatan menunjukkan afinitas untuk Tyr-144.

Interaksi hidrofobik diamati antara Cys-11 dan ligan pada target A50R. Obat mitoxantrone di Cys-11 menunjukkan ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen yang kuat diamati pada Asn-146, Lys-9, Asn-143, dan Tyr-15. Untuk target D13L, Phe-486 juga merupakan situs aktif untuk rifampisin dengan simeprevir – menunjukkan interaksi hidrofobik.

F13L mengungkapkan ikatan hidrogen yang sangat tinggi dengan tecovirimat – ikatan dengan Asp-280. Hypericin dan naldemedine tidak berikatan dengan Asp-280. Dari ikatan hidrogen, residu baru, terutama Asn-312 diidentifikasi. Asn-312 membentuk ikatan hidrogen dengan semua obat yang diuji. Namun, dalam keadaan paling stabil, itu membentuk interaksi hidrofobik dengan naldemedine dan hypericin. Untuk 17L, ikatan hidrogen terlihat pada Ser-240, Lys-243, dan His-241. His-241 juga berinteraksi secara hidrofobik dengan lixivaptan dan fosdagrocorat.

Molekul discrening untuk struktur turunan AlphaFold2 dari protease G1L copot selama molecular dynamics. Obat lain yang copot atau memiliki konformasi yang tidak stabil adalah vitamin D dan ponatinib – untuk glecaprevir dan rifaximin A50R; cinacalcet untuk A48R; DB11913, DB06925, DB04727, laniquidar, baloxavir, dan nilotinib – untuk 17L; lifitegrast untuk F13L; dan TMC-647055, fda_1667, cepharanthine, dan fda_1348 – untuk G1L. Semua obat yang diuji memiliki ikatan terbatas pada G1L.

Journal reference:

Lam, H., Guan, J. and Mu, Y. (2022) "In Silico Repurposed Drugs against Monkeypox Virus", Molecules, 27(16), p. 5277. doi: 10.3390/molecules27165277. https://www.mdpi.com/1420-3049/27/16/5277/htm