Новый класс противовирусных препаратов может помочь предотвратить будущие пандемии
Появление Paxlovid в декабре 2021 года ознаменовало собой еще один поворотный момент в пандемии COVID-19 — эффективный противовирусный препарат, который с тех пор успешно вылечил миллионы. Но, как и многие противовирусные препараты до него, ученые знают, что в какой-то момент Paxlovid, вероятно, потеряет часть эффективности из-за устойчивости к лекарствам. Исследователи, работающие над тем, чтобы опережать такие новые угрозы, теперь обнаружили совершенно новый способ лечения инфекций SARS-CoV-2 — работа, которая может иметь еще более широкие последствия.
Фактически, новое исследование лаборатории Тушля представляет собой доказательство концепции нового класса противовирусных препаратов, которые будут нацелены на тип фермента, необходимого не только для SARS, но и для многих РНК-вирусов, включая Эболу и лихорадку денге, а также цитозольно-реплицирующихся ДНК-вирусов, включая вирусы оспы. Результаты могут проложить путь к более быстрому и надежному ответу на будущие пандемии.
«Никто раньше не находил способа ингибировать этот фермент», — говорит Томас Тушл, профессор FM Al Akl и Margaret Al Akl в Рокфеллеровском университете. «Наша работа устанавливает ферменты кэп-метилтрансферазы в качестве терапевтических целей и открывает дверь для многих других противовирусных разработок против патогенов, для борьбы с которыми у нас до сих пор было лишь ограниченное количество инструментов».
Исследование опубликовано в журнале Nature .
Новый путь вперед
Способ, которым так много РНК-вирусов процветают, заключается в модификации своих РНК-колпачков, специализированных структур, которые стабилизируют вирусную РНК, усиливают ее трансляцию и имитируют мРНК хозяина, чтобы обойти иммунную защиту. РНК-колпачок зависит от ферментов, называемых метилтрансферазами, что делает его заманчивой целью для противовирусной терапии.
Однако большинство противовирусных препаратов, включая Паксловид, вместо этого фокусируются на разрушении протеаз, другого класса вирусных ферментов, которые расщепляют белки, — в основном потому, что эти ферменты ранее были мишенью и предотвращали распространение вируса.
«Для подавления метилтрансферазы потребовалось использование нетрадиционного субстрата РНК, что добавило новые сложности в разработку лекарственных препаратов», — говорит Тушл.
Для Тушла, эксперта по РНК, чья работа уже привела к появлению множества РНК-терапевтических средств для лечения генетических заболеваний, это не было большой проблемой. И после того, как он реструктурировал свою лабораторию во время пандемии, чтобы сосредоточиться на поиске противовирусных препаратов, Тушл понял, что есть явные преимущества в том, чтобы смотреть дальше ингибиторов протеазы.
Тушль подозревал, что вирусы с меньшей вероятностью будут избегать комбинированной терапии, нацеленной на два неродственных вирусных фермента одновременно, например, ингибитор протеазы вместе с ингибитором метилтрансферазы. Он также понял, что препараты, нацеленные на вирусную метилтрансферазу, отличную по структуре от человеческого фермента, будут высокоселективными и не нарушат функцию человеческого фермента.
В поисках молекулы, способной ингибировать метилтрансферазу NSP14 SARS-CoV-2, его команда проверила 430 000 соединений в начале пандемии в Центре исследований лекарственных препаратов имени Фишера при университете и обнаружила небольшое количество соединений, которые ингибировали вирусную кэп-метилтрансферазу NSP14 — многофункциональный фермент с метилтрансферазной активностью.
Затем эти соединения прошли обширный химический процесс разработки для создания оптимизированных кандидатов на лекарства в партнерстве с Sanders Tri-Institutional Therapeutics Discovery Institute. Соединения с улучшенным биохимическим ингибированием затем были подвергнуты клеточным анализам, проведенным исследователями во главе с Чарльзом М. Райсом, который возглавляет Лабораторию вирусологии и инфекционных заболеваний в Рокфеллеровском университете.
Наконец, коллеги из Центра открытий и инноваций в Нью-Джерси затем протестировали соединение на мышах в условиях безопасности BL3 и продемонстрировали, что оно может лечить COVID-19 наравне с Paxlovid. Тушл и коллеги также продемонстрировали, что лечение оставалось эффективным, даже если вирус мутировал в ответ на него, и что наблюдалась синергия при сочетании с ингибиторами протеазы .
«Даже в изоляции вирусу было бы трудно избежать этого соединения», — говорит Тушл. «Но в качестве комбинированной терапии вместе с ингибитором протеазы — побег был бы почти невозможен».
Назад к основам
Результаты не только подтверждают, что вирусные метилтрансферазы являются перспективной терапевтической мишенью, но и предполагают, что конкретный ингибитор Тушла будет иметь минимальные побочные эффекты.
«Механизм действия препарата уникален», — отмечает он.
Фактически, это соединение использует уникальные структурные особенности вирусной метилтрансферазы, также требующие присутствия продукта реакции донора метильной группы SAM, что означает, что лабораторное соединение избирательно воздействует на вирус, не нарушая при этом процессы, происходящие в организме человека.
«Мы не готовы тестировать это соединение на людях», — предостерегает Тушл. Идеальный клинический кандидат должен обладать улучшенной стабильностью, биодоступностью и рядом других фармакологических свойств, которые еще предстоит оптимизировать в долгосрочной перспективе. «Мы — академическая лаборатория. Для этого нам понадобится партнер из отрасли».
В ближайшем будущем лаборатория Тушла расширит эту работу, чтобы исследовать ингибиторы RSV, флавивирусов, таких как лихорадка денге и вирус Зика, а также mpox и даже грибковых инфекций, которые все имеют схожую ферментативную уязвимость.
«Эта работа открывает дверь для борьбы со многими патогенами», — говорит он. «Это новая возможность подготовиться к будущим пандемиям».