Зоонозные коронавирусы, которые передаются от животных человеку, вызвали три пандемии за последнее столетие. Начиная со вспышки коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV) в 2002 году и эпидемии коронавируса ближневосточного респираторного синдрома в 2012 году, эти вирусы показали склонность к поражению дыхательной системы.

<img alt=" Исследование: новый ингибитор смены кадра, обладающий противовирусной активностью против зоонозных коронавирусов. Изображение предоставлено: Gorodenkoff / Shutterstock "height =" 800 "src =" https://d2jx2rerrg6sh3.cloudfront.net/image-handler/picture/2021/8/shutterstock_1268263945-5.jpg "title =" Исследование: новый ингибитор смещения кадров Обладает противовирусной активностью против зоонозных коронавирусов. Изображение предоставлено: Gorodenkoff / Shutterstock "width =" 1200 "/> Исследование: новый ингибитор смены кадра, обладающий противовирусной активностью против зоонозных коронавирусов. Изображение предоставлено: Gorodenkoff / Shutterstock

Текущая пандемия коронавирусного заболевания 2019 года (COVID-19), которая привела к 4,43 миллионам смертей во всем мире за последние 18 месяцев, вызвана быстрым и широко передаваемым тяжелым острым респираторным синдромом, коронавирусом 2 (SARS-CoV-2). . На данный момент найдено несколько конкретных и эффективных противовирусных препаратов.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Viruses описывается новое соединение, KCB261770, обладающее способностью сдвигать рамки считывания против MERS-CoV, ингибируя распространение вируса в инфицированных клетках. Это же соединение также имело аналогичную, хотя и более ограниченную, активность против SARS-CoV-2, что указывает на многообещающее лечение против коронавирусных инфекций.

Справочная информация

Все коронавирусы представляют собой одноцепочечные вирусы рибонуклеиновой кислоты (РНК), в геномах которых содержится примерно 30 000 оснований. Нить РНК имеет две нетранслируемые области (UTR), в 5 ’и 3’, и открытые рамки считывания (ORF). С 5 ’конца две трети генома содержат области, кодирующие большой полипротеин (pp), называемые ORF 1a и 1b.

В то время как ORF1a кодирует pp1a, pp1ab кодируется обоими, что стало возможным благодаря обратному сдвигу рамки считывания РНК на рибосоме. Рибосома начинает новую рамку считывания с одного нуклеотида позади места остановки рибосомы на вторичной структуре мРНК во время трансляции pp1a.

ORF1b не имеет своего собственного сайта инициации трансляции и использует этот запрограммированный -1 рибосомный сдвиг рамки (-1 PRF), возникающий в месте соединения, где две ORF перекрываются. Два pps расщепляются вирусными протеазами, кодируемыми в них, с образованием неструктурных белков (nsps) 1-16.

nsps 12-16 составляют комплекс репликации-транскрипции (RTC), который отвечает за репликацию, транскрипцию и трансляцию вирусной РНК, состоящий из РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRp или nsp12), геликазы (HEL или nsp13), экзонуклеаза (ExoN или nsp14), эндонуклеаза (NendoU или nsp15) и метилтрансфераза (2´-O-MT или nsp16).

Последние три необходимы для эффективной репликации вирусной РНК. Таким образом, ингибирование -1PRF прерывает жизненный цикл вируса, а измененное соотношение белков ORF1a и ORF1b также будет влиять на размножение и инфекционность вируса.

Запрещение переключения кадра

Сигналы сдвига рамки считывания коронавируса содержат гептамерную скользкую последовательность и высококонсервативную структуру РНК псевдоузла. Любое нарушение последнего из-за мутации отрицательно сказывается на сдвиге рамки считывания, что делает его мишенью для анти-коронавирусных агентов.

Хотя было обнаружено, что антисмысловые пептидные нуклеиновые кислоты (ПНК) ингибируют эффективную репликацию SARS-CoV-2 за счет нарушения сигнала -1PRF, текущее исследование было сосредоточено на низкомолекулярных ингибиторах -1PRF против MERS-CoV.

ORF1b этого вируса включает кластер генов репликазы, содержащий необходимые для репликации вирусные элементы. Из семи CoV, которые, как известно, инфицируют людей, -1PRF составляют приблизительно 91-97 нуклеотидов в длину и имеют скользкие последовательности в месте сдвига рамки считывания.

При сравнении этих скользких последовательностей от различных коронавирусов, заражающих человека, было обнаружено относительно меньшее сохранение SARS-CoV и MERS-CoV. Несмотря на это, последовательности -1PRF SARS-CoV и SARS-CoV-2 гомологичны.

Используя анализ гена люциферазы Renilla светлячка, чтобы продемонстрировать наличие сдвига рамки считывания через псевдоузел, исследователи оценили эффективность сдвига рамки считывания приблизительно на 8%, 14% и 16% для MERS-CoV. , SARS ‐ CoV и SARS ‐ CoV ‐ 2 соответственно. Значение SARS-CoV согласуется с результатами более ранних исследований.

Каковы были выводы?

Химические ингибиторы были проверены на сдвиг рамки считывания БВРС-КоВ. Из последних шести выбранных соединений соединение KCB261770 имело самые высокие ингибирующие эффекты. Вышеупомянутое соединение представляет собой недавно синтезированное производное фуро-хинолина, принадлежащее к группе соединений с противовоспалительным, противомалярийным и противомикробным действием.

Это соединение не ингибирует напрямую люциферазную активность. Это самый сильный ингибитор среди 88 аналогичных производных фуро-хинолина, которые, в свою очередь, показали примерно на одну пятую большее ингибирование, чем первоначально использованная библиотека из примерно 10000 соединений, что, возможно, означает базовое ингибирование, обеспечиваемое основной цепью фурола (2,3-b) хинолина. .

Широкий диапазон ингибирования

Это соединение сравнивали с двумя другими по ингибированию сдвига рамки считывания и косвенным эффектам, таким как блокирование транскрипции или трансляции. Было обнаружено, что 6-тиогуанин (аналог пурина и ингибитор синтеза ДНК) обладает дозозависимым ингибирующим действием. Тем не менее, не было изменений в коэффициенте сдвига кадра.

KCB261770 ингибировал люциферазу светлячка дозозависимым образом, но не люциферазу Renilla резко снижая коэффициент сдвига рамки считывания, что указывает на то, что ингибирование сдвига рамки считывания MERS-CoV -1PRF не связано с косвенным ингибированием трансляции удлинение или другие цитотоксические эффекты.

Соединение KCB261770 показало селективность в отношении БВРС-КоВ и подавило распространение БВРС-КоВ, о чем свидетельствует резкое снижение вирусной РНК и значительное снижение индуцированной вирусом гибели клеток.

Соединение действует, разрушая гены репликазы, а не ингибируя вирусные белки. Будучи более отсроченным действием, он может быть неэффективным в подавлении вызванной вирусом гибели клеток после заражения. Несмотря на резкое падение вирусной нагрузки, инфицированные клетки могут демонстрировать ограниченное восстановление даже на ранней стадии заражения.

Какие последствия?

Исследователи обнаружили, что нацеливание на эффективный сдвиг рамки считывания может модулировать распространение и инфекционность вируса, нарушая синтез геномной и субгеномной РНК. Был идентифицирован новый низкомолекулярный ингибитор с надежным подавлением сдвига рамки считывания при БВРС-КоВ и сниженным, но все же эффективным снижением для SARS-CoV и SARS-CoV-2.

Возможно множество различных механизмов, таких как вмешательство во взаимодействие РНК-трансляционного комплекса посредством связывания соединения с неактивными сайтами трансляционных комплексов рибосом.

Преимущество подхода к нацеливанию сигнала сдвига рамки считывания заключается в том, что экспрессия нескольких вирусных белков снижается одновременно. Во-вторых, консервативный характер структуры псевдоузла РНК -1PRF MERS-CoV и SARS-CoV, а также SARS-CoV-2 указывает на то, что это соединение может обладать панкоронавирусной активностью. В-третьих, ускользнуть от мутаций сложно, поскольку сдвиг рамки считывания включает важные вирусные функции. Наконец, его можно комбинировать с другими методами лечения, использующими другие механизмы, такие как ингибиторы RdRp, тем самым повышая эффективность и расширяя возможности лечения коронавируса.