Химики Массачусетского Технологического Института (МТИ) тестируют фрагмент белка, который может ингибировать способность коронавирусов проникать в клетки легких человека.
В надежде разработать возможное лечение для Covid-19, команда химиков МТИ разработала лекарство, которое, по их мнению, может блокировать способность коронавирусов проникать в клетки человека. Потенциальное средство представляет собой короткий фрагмент белка или пептид, который имитирует белок, обнаруженный на поверхности клеток человека.
Исследователи показали, что их новый пептид может вступать во взаимодействие с вирусным белком, который коронавирусы используют для проникновения в клетки человека, потенциально обезвреживая его.
«Свинцовое соединение, которое мы хотим исследовать, взаимодействует с вирусным белком поэтому у него есть шанс ингибировать проникновение вируса в клетку-хозяина. Мы отправили образцы пептида сотрудникам, которые планируют провести тесты на клетках человека» — говорит Брэд Пентелюте, доцент химического факультета Массачусетского технологического института, который возглавляет исследовательскую группу.
Молекулярное нацеливание
Лаборатория Pentelute начала работу над этим проектом в начале марта, после того как исследовательская группа в Китае опубликовала криоэлектронную микроскопию белка — «шипа» коронавируса вместе с рецептором человеческих клеток, с которым он связывается. Коронавирусы, в том числе SARS-CoV-2, который вызвал текущую вспышку Covid-19, имеют много белковых «шипов», высовывающихся из его вирусной оболочки.
Исследования SARS-CoV-2 также показали, что особая область белка «шипа», известная как домен связывается с ангиотензинпревращающим ферментом 2 (ACE2). Этот рецептор находится на поверхности многих клеток человека, в том числе и в легких. Рецептор ACE2 также является точкой входа, используемой коронавирусом, который вызвал вспышку атипичной пневмонии в 2002-03 гг.
В надежде на разработку лекарств, которые могли бы блокировать проникновение вируса, Д. Чжан, научный сотрудник в лаборатории Pentelute, выполнил компьютерное моделирование взаимодействий между рецептором ACE2 и доменом связывания рецептора белка «шипа» коронавируса. Эти моделирования выявили област, где рецептор-связывающий домен присоединяется к рецептору ACE2 — отрезку белка ACE2, который образует структуру, называемую альфа-спиралью.
«Этот вид моделирования может дать нам представление о том, как атомы и биомолекулы взаимодействуют друг с другом, и какие части необходимы для этого взаимодействия», — говорит Чжан. «Молекулярная динамика помогает нам сузить конкретные области, на которых мы хотим сосредоточиться при разработке терапии».
Затем команда МТИ использовала технологию синтеза пептидов, которую ранее разработала лаборатория Pentelute, для быстрого генерирования пептида из 23 аминокислот с той же последовательностью, что и альфа-спираль рецептора ACE2. Их настольный аппарат для проточного синтеза пептидов может образовывать связи между аминокислотами, строительными блоками белков, примерно за 37 секунд, а для генерации полных пептидных молекул, содержащих до 50 аминокислот, требуется менее часа.
Они также синтезировали более короткую последовательность, состоящую только из 12 аминокислот, обнаруженных в альфа-спирали, а затем протестировали оба пептида на оборудовании в Центре биофизической аппаратуры МТИ, которое может измерить, насколько сильно две молекулы связываются вместе. Они обнаружили, что более длинный пептид демонстрировал сильное связывание с рецептор-связывающим доменом белка-«шипа» Covid-19, тогда как более короткий пептид демонстрировал незначительное связывание.
Много вариантов для исследований
Хотя с середины марта Массачусетский технологический институт сокращает масштабы исследований на территории кампуса, лаборатории Pentelute было предоставлено специальное разрешение, позволяющее небольшой группе исследователей продолжить работу над этим проектом. В настоящее время они разрабатывают около 100 различных вариантов пептида в надежде увеличить силу его связывания и сделать его более стабильным в организме.
«Мы точно знаем, на каком этапе молекула входит во взаимодействие, и мы работаем над дальнейшим усовершенствованием, чтобы блокировать проникновение вируса в клетки», — говорит Пентелюте.
Между тем, исследователи уже отправили свой оригинальный пептид из 23 аминокислот в исследовательскую лабораторию в Медицинскую школу Икан на горе Синай для проведения тестирования на клетках человека и животных.
В то время как десятки исследовательских групп по всему миру используют различные подходы для поиска новых методов лечения Covid-19, Пентелют считает, что его лаборатория является одной из немногих, которая в настоящее время работает над пептидными препаратами для этой цели. Одним из преимуществ таких препаратов является то, что они относительно просты в производстве в больших количествах. Они также имеют большую площадь по сравнению с низкомолекулярными препаратами.
«Пептиды являются более крупными молекулами, поэтому они могут захватить коронавирус и препятствовать его проникновению в клетки, тогда как небольшой молекуле трудно заблокировать всю область, которую использует вирус», — говорит Пентелюте. «У антител тоже большая площадь, поэтому они тоже могут быть полезными. Но нужно больше времени, чтобы их обнаружить и произвести”
Один из недостатков пептидных препаратов заключается в том, что их обычно нельзя принимать перорально, поэтому их придется либо вводить внутривенно, либо под кожу. Для эффективности, их нужно будет модифицировать, чтобы они могли оставаться в кровотоке достаточно долго — над этим свойствами лаборатория Пентелюте работает в том числе.
«Трудно представить, сколько потребуется времени, чтобы что-то проверить на пациентах, но моя цель — получить результаты в течение нескольких недель. Есть вероятность, что на это могут понадобиться и месяцы », — говорит он.