3.5.MMGBSAによる結合エネルギーの予測
ドッキング結果のさらなる検証に関して、MMGBSA 分析は、リガンドとそれぞれのタンパク質および酵素との相対的な結合エネルギーの評価のために実行され、その結合親和性は、MMGBSA dG に関して、COVID-19 に対して有効であることが判明した参照薬と比較されました。練る。結果では、選択した 3 つのタンパク質すべてに対して、レムデシビルおよびイベルメクチンと比較して、EGCG に有意な結合親和性が見られます。他のすべてのリガンドの MMGBSA 研究の結果は、表 6.
表 6
MMGBSA は、3 つの標的タンパク質すべてでスクリーニングされた薬物の結果です。
| いいえ。 | OLPに対して使用される薬 | MMGBSA dGバインド | ||
|---|---|---|---|---|
|
|
||||
| スパイク糖タンパク質 (PDB ID: 6VYB) | ACE-2 (PDB ID: 1R42) | メインプロテアーゼ (PDB ID: 6LU7) | ||
| 1. | エピガロカテキン-3-ガレート | −52.14 | -28.84 | -36.96 |
| 2. | クルクミン | −62.27 | −27.62 | -25.77 |
| 3. | フェンレチニド | -76.52 | −48.78 | -27.92 |
| 4. | フェニトイン | -35.29 | −2.803 | −18.97 |
| 5. | ダプソン | -35.44 | −24.51 | -27.78 |
| 6. | ヒドロキシクロロキン | −61.41 | −44.40 | −27.12 |
| 7。 | プレドニゾン | −46.64 | -28.56 | −47.22 |
| 8. | トリオサレン | −41.93 | -29.84 | −29.88 |
| 9. | グリセオフルビン | −48.68 | - | −25.51 |
| 10. | イソトレチノイン | −51.56 | −33.98 | −3.60 |
| 11. | フルシノニド | −53.02 | −19.16 | −30.58 |
| 12. | プロピオン酸クロベタゾール | −55.09 | - | -26.44 |
| 13. | トリアムシノロンアセトニド | −47.63 | - | −29.68 |
| 14. | アザチオプリン | −31.72 | −21.45 | −15.64 |
| 15. | レバミゾール | −40.72 | -27.19 | −29.31 |
| 16. | タクロリムス | - | - | -28.73 |
EGCG の MMGBSA 研究の詳細な結果は、表 7.
表 7
エピガロカテキン-3-ガレートと標的タンパク質のMMGBSA結果。
| 目標 | MMGBSA dGバインド | MMGBSA dG バインド クーロン | リガンドエネルギー | 配位子クーロン | 複雑なエネルギー | 複素クーロン | 受容体エネルギー | 受容体クーロン |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| スパイクプロテイン | −52.14 | −26.28 | −65.247 | −67.201 | −37342.252 | −28691.669 | −37224.868 | −28598.186 |
| エース-2 | -28.84 | −33.14 | −66.631 | −70.976 | −29739.835 | −21683.771 | −29644.366 | −21579.652 |
| Mプロ | -36.96 | −17.71 | −73.245 | −52.780 | −14511.616 | −10914.749 | −14401.410 | −10844.261 |
EGCG の結合親和性は、レムデシビルおよびイベルメクチンと比較され、特にスパイクタンパク質に関して、標的タンパク質および酵素に対してかなりの親和性があることがわかっています。詳細は表8.
表 8
EGCG と参照薬物との結合親和性の比較。
| 目標 | リガンド | ||
|---|---|---|---|
|
|
|||
| EGCG | レムデシビル | イベルメクチン | |
| スパイク | −52.14 | -77.56 | - |
| メインプロテアーゼ | -28.84 | −45.46 | −22.90 |
| エース-2 | -36.96 | −37.20 | −48.24 |
さらに、試験化合物がスパイクタンパク質のポケット残基の変異と結合する能力を比較するために、アルファ、ベータ、ガンマ、デルタ、およびオミクロン。スパイクタンパク質の上記のすべての変異で満足のいく結果が得られました。その結果は補足データに追加されています。
4。議論
SARS-CoV-2 はエンベロープ陽性の一本鎖 RNAベータコロナウイルスであり、コロナウイルス科に属し、世界中でヒトに流行を引き起こしています。COVID-19 疾患を治療できる公式に承認された抗ウイルス薬はまだありません。したがって、主要国では、クロロキン、レムデシビル、ファビピラビル、ロピナビル、リトナビル、ヒドロキシクロロキンなど、この疾患の治療に適している可能性のある薬剤を特定するために、80 以上の臨床試験が進行中です[ 20、21 ]。しかし、主な欠点は、視覚障害、心不全、発作、低カリウム血症、不整脈、心室頻拍、細動などの多くの副作用があることです [ 20 ]。]。したがって、これらの化学薬品に存在する主な副作用のために、天然物は COVID-19 の治療にはるかに安全で、安価で、毒性がなく、より効率的であるため、注目を集めています[ 21、22 ]。研究者の主な目的は、COVID-19 の原因である SARS-CoV-2 スパイク糖タンパク質と ACE-2 受容体を直接標的とすることにより、広域特性を持つ治療用抗ウイルス薬を開発することです [ 22 ]。可能性のある薬の作用機序を研究する最良の方法は、その化学構造を研究することです。コロナウイルスM pro 3CL proの構造研究、スパイク糖タンパク質、および ACE-2 阻害剤複合体は、コロナウイルスに対する薬剤の設計を確立し、これらの薬剤が標的に対して高い親和性を形成することを実証しました[ 23、24 ]。
MD研究では、慢性皮膚粘膜障害OLPの治療に一般的に使用されている薬が服用されました。表1. 私たちのドッキング結果は、EGCG が最良の薬物であり、選択されたものの中でプレドニゾンが、COVID-19で M pro (M proまたは 3CL pro )、スパイク糖タンパク質、および ACE-2 に対する阻害効果を示すことを確認しました。続いて、主にスパイク糖タンパク質に対して効果的なサークミンとフェネンチニドが続きました。すべてのリガンドの中で、EGCG が SARS CoV-2 の 3 つの重要なタンパク質すべてで最大のドッキング スコアを達成したことがわかります。EGCG の 3 つの標的タンパク質すべてとのドッキングの結果を比較すると、提案された薬物は、他の 2 つのタンパク質 (スパイク糖タンパク質: -5.169; Mプロ: −5.020)。したがって、ACE-2 を阻害することにより、EGCG は ACE-2 とスパイク糖タンパク質およびSARS CoV-2 のM proとの結合を防止できると結論付けることができます。1R42 (ACE-2) の A 鎖を抽出して EGCG で MD を実行したところ、ドッキング研究により、EGCG が 2 つの H 結合を形成することによって ACE-2 の残基 ALA 387 に結合することが明らかになりました。3 つの複合体の MD シミュレーション研究は、EGCG が 6LU7 の潜在的な阻害剤である可能性があることを明確に示しました。
エピガロカテキンガレート (EGCG) は、緑茶や紅茶などの植物に含まれ、フェノール系抗酸化物質として機能します。EGCG は、細胞に損傷を与える酸化ストレスも防ぎます。特定の抗原提示、T 細胞の活性化、上皮への増殖と移動、基底ケラチノ サイトのアポトーシス、シグナル伝達経路の活性化、MMP-2、および MMP-9 活性を阻害し、RANTES の分泌を増加させ、見られる不均衡を調節することができます。 OLPの病因に関与しているトランスフォーミング成長因子-ベータ1の欠如による[ 4]。いくつかの研究により、EGCG が癌、糖尿病、肥満、皮膚および心臓病に苦しむ患者に多くの助けを提供することが証明されています。多くの副作用がなく安全に摂取できることが証明されています。IL-6、TNF-α、および IFN レベルは、最近の研究で SARS-CoV-2 患者で上昇していた [ 22 ]。代替療法として、EGCG は COVID-19 感染に関連するさまざまな徴候や症状を管理するための答えを提供する可能性があります。
その後、OLP では、T 細胞リンパ球が活性化され、CD8+ 細胞傷害性 T 細胞によって媒介されるケラチノ サイトの増殖と死滅を引き起こします [ 21 - 23 ]。T 細胞の活性化により、アンギオテンシン II のAT 1 R 受容体も関与します。研究によると、EGCG の補給は、in vivoとin vitroの両方で 2.5 ～ 10 μM の濃度でプロテアソーム阻害剤として作用し、T 細胞の活性化と増殖を減少させ、細胞障害性 CD8+ T 細胞の部位への移動を調節する可能性があることが示されています。炎症 [ 22 , 24]。さらに、EGCG は、CD8+ T 細胞上の CD11b 発現をダウンレギュレートすることにより、内皮細胞接着分子 (CD62E、CD54、および CD106) のアップレギュレーションと、炎症部位への CD8+ T 細胞の移動特性を低下させることができます [ 23 ]。いくつかの研究では、ECGC がヘルパー CD4+ T 細胞と結合することにより、ウイルスが宿主細胞に侵入して結合するのを阻止することが示されています [ 24 , 25 ]。IL-1β誘導RANTESをダウンレギュレートすることが示されています[ 4、5、26 ]。
SARS-CoV-2 との結合による ACE-2 の機能喪失は、MMP-2 および MMP-9 の発現に影響を与える阻害されていないアンジオテンシン II につながります。Demeuleらによって行われた研究。MMP-2、MMP-9 を阻害する EGCG を示す [ 27 ]。また、MMP-9 の活性と発現をさらに抑制します。したがって、EGCG は OLP と COVID-19 の最良の天然代替治療薬であると予想されるという仮説を立てました。
5。結論
COVID-19 パンデミックの急速な拡大に伴い、SARS-CoV-2 に対する治療薬の開発が急務である時間との戦いが始まりました。創薬の主な目的は、M pro (M proまたは 3CL pro ) を標的にすることです。）、コロナウイルスのスパイクタンパク質S1と、副作用が少なく、安価で効果的な天然化合物を含むヒトACE-2。したがって、バイオインフォマティクスおよび計算生物学は、潜在的な薬物の化学構造を設計および特定するための最良の仮想方法です。これは、私たちの研究では天然化合物である EGCG です。可能性のある薬剤としての EGCG は、SARS-CoV-2 の原因となるタンパク質を標的とすることが示されています。全体として、この研究は、必要な臨床的検証の後、EGCG が COVID-19 の治療管理のための SARS-CoV-2 の強力かつ選択的な阻害剤に発展する可能性があることを強く示しています。
謝辞
著者は、私たちに施設と励ましを提供してくれたインド情報技術研究所、アラハバードの応用科学部に感謝しています。
補足データ
1. ドッキング研究のために選択されたタンパク質構造を図に示しますな数字1、1、な,2,2、 となと33それぞれ、スパイクタンパク質、ACE-2、および Mpro 用です。
図1
スパイク糖タンパク質 (PDB ID: 6VYB) の構造。
図 2
ヒト ACE-2 (PDB ID: 1R42) の構造。
図 3
主なプロテアーゼ (PDB ID: 6LU7) の構造。
2. 選択したリガンドの構造とその PubChem ID を以下に示します。表1.
表1
選択した薬物の化学構造とその PubChem ID。
| いいえ。 | OLPに対して使用される薬 | PubChem ID | 構造物 |
|---|---|---|---|
| 1. | ヒドロキシクロロキン | 3652 |  |
| 2. | プレドニゾン | 5865 |  |
| 3. | ダプソン | 2955 |  |
| 4. | フルシノニド | 9642 |  |
| 5. | クルクミン | 969516 |  |
| 6. | アザチオプリン | 2265 |  |
| 7。 | エピガロカテキン-3-ガレート | 65064 |  |
| 8. | トリアムシノロンアセトニド | 6436 |  |
| 9. | フェニトイン | 1775年 |  |
| 10. | グリセオフルビン | 441140 |  |
| 11. | トリオサレン | 5585 |  |
| 12. | タクロリムス | 445643 |  |
| 13. | プロピオン酸クロベタゾール | 32798 |  |
| 14. | レバミゾール | 26879 |  |
| 15. | フェンレチニド | 5288209 |  |
| 16. | イソトレチノイン | 5282379 |  |
3. Mpro の共結晶リガンドのドッキング結果。
阻害剤 N-[(5-METHYLISOXAZOL-3-YL) CARBONYL] ALANYL-L-VALYL-N~1~-((1R,2Z)-4-(BENZYLOXY)-4- OXO-1-{[( 3R)-2-OXOPYROLIDIN-3-YL] METHYL} BUT-2-ENYL)-L-LEUCINAMIDE 構造 6LU7 (メイン プロテアーゼ) では、このリガンドをそれぞれの酵素とドッキングした後、ドッキング スコアが低くなることがわかりました (- 3.996) は、主要なプロテアーゼ (-5.020) の予測された COVID-19 に対する潜在的な薬剤よりも優れています。そのドッキング結果と相互作用図は次のとおりです。表 2.
表 2
Mpro の共結晶リガンドのドッキング結果。
| リガンド | ドッキングスコア | 相互作用図 |
|---|---|---|
| N-[(5-METHYLISOXAZOL-3-YL) CARBONYL] ALANYL-L-VALYL-N~1~-((1R,2Z)-4-(BENZYLOXY)-4-OXO-1 -{[(3R)- 2-オキソピロリジン-3-イル]メチル}ブト-2-エニル)-L-ロイシンアミド | -3.996 |  |
ここで示した相互作用図では表 2、相互作用するアミノ酸は、H結合を形成するSER 139、Pi-Piスタッキングを形成するTYR 126、SER 284、および水橋を介してH結合を形成するLYS 5であることが観察できます。
4. クルクミン (-4.746) とフェンレチド (-4.417) も、EGCG とともにスパイクタンパク質に対して有意なドッキング結果を示しています。それらのドッキング値は原稿に記載されています (表 3) それらの相互作用図は、図に示すように提示されます。な図44となand55それぞれ。
表 3
EGCG と S タンパク質の変異体との詳細なドッキング結果。
| バリアント | ドッキングスコア | グライド gscore | グライド emodel | 相互作用残基 | インタラクション タイプ |
|---|---|---|---|---|---|
| アルファ | -4.119 | -5.968 | -49.484 | GLN 957、GLN 965、SER 1003、ARG 1014 | 5つの水素結合、1つの塩橋 |
| ベータ | -4.072 | -5.921 | -46.070 | CYX 379、LYS 378、ARG 408、PRO 412 | 6つの水素結合 |
| ガンマ | -4.132 | -4.390 | -43.556 | GLY 381、SER 383、PHE 429 | 5つの水素結合 |
| デルタ | -3.941 | -5.790 | -50.858 | ASP 389、LYS 528、GLY 545 | 6 つの水素結合、1 つの塩橋、1 つのパイカチオン |
| オミクロン | -6.532 | -6.610 | -43.805 | SER 383、CYS 379、PHE 377 | 6つの水素結合 |
図 4
クルクミンとスパイクタンパク質の相互作用図。
図 5
フェンレチドとスパイクタンパク質の相互作用図。
クルクミンの場合、相互作用するアミノ酸は PHE 342 と ALA 344 であり、図に示すように、Pi-Pi スタッキングと H 結合をそれぞれ形成します。図 4.
5. EGCG とともに、プレドニゾンはすべての選択されたターゲット、つまりスパイク (-3.322)、ACE-2 (-3.474)、および Mpro (-4.439) とかなりのドッキング相互作用を示しました。すべてのターゲットとの相互作用図は、図に示すとおりです。なフィギュア66-な-88.
図 6
プレドニゾンとスパイクタンパク質の相互作用図。
図 7
プレドニゾンとMproの相互作用図。
図 8
プレドニゾンとACE-2の相互作用図。
一方、フェンレチドの場合、相互作用するアミノ酸は PHE 342 であり、図に示すように Pi-Pi スタッキングを形成します。図 5.
ここでプレドニゾンの場合、相互作用するアミノ酸は ALA 344 であり、スパイクタンパク質と H 結合を形成します。図 6.
ここで、相互作用するアミノ酸は、GLN 127 と LYS 5 が水橋を介して H 結合を形成し、LYS 137 と GLU 290 が H 結合を形成しており、図に示すように、プレドニゾンとメインプロテアーゼの間の強い相互作用に気付くことができます。図 7.
ここで、プレドニゾンとヒト ACE-2 との相互作用では、相互作用するアミノ酸は、図に示すように、水橋を介して H 結合を形成する ALA 387 と H 結合を形成する GLU 37 です。図 8.
6.ここでは、アルファ、ベータ、ガンマ、デルタ、およびオミクロンバリアントのスパイクタンパク質のポケット残基を手動で変異させ、ソフトウェア Maestro 12.6 を使用してテストされた化合物とのドッキングを実行しました。上記の S タンパク質のすべてのバリアントについて、エピガロカテキン-3-ガレートで最高のドッキング値を観察しました。それらのドッキング結果は次のとおりです。表 3.
提案薬 EGCG とスパイクタンパク質のすべてのバリアントとの相互作用イメージは図のとおりです。なフィギュア99-な-13,13、それぞれアルファ、ベータ、ガンマ、デルタ、およびオミクロンのバリアントです。
図 9
スパイクタンパク質のαバリアントとEGCGの相互作用イメージ。
図 10
スパイクタンパク質のβバリアントとEGCGの相互作用イメージ。
図 11
スパイクタンパク質のγ変異体とEGCGの相互作用イメージ。
図 12
EGCGとスパイクタンパク質のデルタバリアントの相互作用イメージ。
図 13
スパイクタンパク質のオミクロンバリアントとEGCGの相互作用イメージ。
利益相反
著者は利益相反を宣言していません。