From Angiotensin II to Cyclic Peptides and Angiotensin Receptor Blockers (ARBS): Perspectives of ARBs in COVID-19 Therapy

The octapeptide hormone angiotensin II is one of the most studied peptides with the aim of designing and synthesizing non-peptide mimetics for oral administration. To achieve this, cyclizations at different positions within the peptide molecule has been a useful strategy to define the active conformation. These studies on angiotensin II led to the discovery of Sarmesin, a type II angiotensin II antagonist, and the breakthrough non-peptide mimetic Losartan, the first in a series of sartans marketed as a new generation of anti-hypertensive drugs in the 1990s. Angiotensin II receptor blockers (ARBS) and angiotensin I converting enzyme inhibitors (ACEI) were recently reported to protect hypertensive patients infected with SARS-CoV-2. The renin–angiotensin system (RAS) inhibitors reduce excess angiotensin II and increase antagonist heptapeptides alamandine and aspamandine which counterbalance angiotensin II and maintain homeostasis and vasodilation

Τριδιάστατες Ποσοτικές Σχέσεις Δομής - Δράσης Συζευγμάτων Ενώσεων Αμανταδίνης με Πολική Κεφαλή ως Αναστολείς της Πρωτεΐνης Μ2 του ιού της Influenza A

Σκοπός της ερευνητικής εργασίας ήταν η in silico εύρεση νέων φαρμακευτικών ενώσεων κατά του ιού της Influenza Α. Ο ιός της Influenza Α αποτελεί μια από τις συχνότερες αιτίες αναπνευστικών λοιμώξεων στον άνθρωπο, οι οποίες μπορεί να λάβουν τη μορφή πανδημίας με αυξημένα ποσοστά θνησιμότητας. Η αμανταδίνη ανακαλύφθηκε τη δεκαετία του ’60, ήταν το πρώτο αμινο-αδαμαντανικό ανάλογο που χρησιμοποιήθηκε ως αναστολέας του ιοντικού διαύλου της μεμβρανικής πρωτεΐνης Μ2. Η ριμανταδίνη άρχισε να χρησιμοποιείται τη δεκαετία του ’80. Από τη δεκαετία του 2010 και μετά, η εμφάνιση μεταλλάξεων, και κυρίως η μετάλλαξη S31N, προκάλεσε αντοχή στα συγκεκριμένα φάρμακα, με αποτέλεσμα η εύρεση νέων συζευγμάτων ενώσεων αμανταδίνης με πολική κεφαλή να καθίσταται ενδιαφέρον πεδίο έρευνας. Προς το παρόν οι αναστολείς της νευραναμιδάσης είναι η μόνη κατηγορία αντιγριπικών φαρμάκων που διατίθεται. Μια έντονη ερευνητική προσπάθεια από κάποιες ομάδες κατέληξε στη εύρεση της δομής συζευγμάτων ενώσεων αποτελούμενες από την αμανταδίνη και συνήθως ένα πολικό ετερόκυκλο, τα οποία συνδέονται με μια γέφυρα μεθυλενίου. Οι ενώσεις αυτές ήταν δραστικές έναντι των ιών άγριου τύπου (wild type, WT) και του μεταλλαγμένου S31N. Το δείγμα των ενώσεων αυτών και οι δραστικότητες έναντι του ιού άγριου τύπου χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία για τον έλεγχο του σχεδιασμού νέων ενώσεων έναντι του ιού της Influenza A άγριου τύπου. Στην παρούσα εργασία επιχειρήθηκε συνδυασμός μοριακής πρόσδεσης με τις ποσοτικές σχέσεις δομής-δράσης τριών διαστάσεων (3D-QSAR), με στόχο την εύρεση νέων, βελτιωμένων συζευγμάτων ενώσεων αμανταδίνης με πολική κεφαλή, ως αναστολείς του άγριου τύπου του ιού της Influenza Α. Πραγματοποιήθηκε μελέτη Ποσοτικών Σχέσεων Δομής – Δράσης με βάση τη δομή του προσδέτη στην πειραματική δομή (ligand-based drug design), όπου προέκυψαν δύο επικυρωμένα μοντέλα 3D-QSAR CoMFA και CoMSIA. Σε πρώτο στάδιο πραγματοποιήθηκε ελαχιστοποίηση ενέργειας 38 συζευγμάτων ενώσεων μεταξύ ενός αμινο-αδαμαντανικού παραγώγου και ενός ετεροκυκλικού μορίου. Oι ενώσεις αυτές είναι αναστολείς του ιοντικού διαύλου Μ2/WT. Σε δεύτερο στάδιο πραγματοποιήθηκε ευθυγράμμιση των παραγώγων και παραγωγή των πεδίων CoMFA και CoMSIA. Τελικά, δημιουργήθηκαν δύο επικυρωμένα μοντέλα 3D-QSAR CoMFA και CoMSIA. Η ροή εργασίας που ακολουθήθηκε μας έδωσε πληροφορίες για τα δομικά χαρακτηριστικά που πρέπει να φέρει ένας αναστολέας του ιοντικού διαύλου της πρωτεΐνης Μ2/WT. Τα ληφθέντα in silico μοντέλα χρησιμοποιήθηκαν για την πρόβλεψη βιολογικής δραστικότητας νέων συζευγμάτων ενώσεων αμανταδίνης με πολική κεφαλή, τα οποία περιλαμβάνουν την αμανταδίνη συνδεμένη με μια πολική ομάδα. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις in silico μελέτες επιβεβαίωσαν τα in vitro πειράματα αναστολής του ιού Influenza A WT από τα νέα παράγωγα. Ακόμη, προτείνεται η σύνθεση των R εναντιομερών καθώς προβλέπεται να εμφανίζουν μεγαλύτερη βιολογική δραστικότητα έναντι του ιού της Influenza Α WT.The aim of the present thesis was the in silico identification of new compounds against the influenza A virus. Influenza A virus is one of the most common causes of respiratory infections in humans, which may take the form of a pandemic with increased mortality rates. Amantadine was discovered in the 1960s, it was the first amino-adamantan analogue used as an ion channel inhibitor of the membrane protein M2. Rimantadine was used in the 1980s. Since the decade of 2010, the emergence of mutations, particularly the S31N mutation, has prompted resistance to these drugs, resulting in the finding of new conjugates of amantadine compounds with a polar head becoming an interesting field of research. Currently, neuraminidase inhibitors are the only class of drugs available. An intense research effort by some groups has resulted in finding the structure of compound conjugates composed of amantadine and usually a polar heterocycle linked to a methylene bridge. These compounds were active against wild type viruses (wild type, WT) and mutant S31N. The sample of these compounds and wild-type virus activities were used in the present study to control the design of novel compounds against the wild-type influenza A virus. In the present study a combination of molecular binding with 3D dimensional structure-action relationships (3D-QSAR) was attempted to find new, improved conjugates of polar head amantadine compounds as inhibitors of the wild type of influenza A virus. Structure-based ligand-based drug design, where two validated 3D-QSAR CoMFA and CoMSIA models emerged. Firstly, energy minimization of 38 conjugates of compounds was performed between an amino-adamantane derivative and a heterocyclic molecule. These compounds are inhibitors of the ion channel M2/WT. Secondly, alignment of derivatives and creation of the CoMFA and CoMSIA fields was carried out. Finally, two validated 3D-QSAR CoMFA and CoMSIA models were created. The workflow followed gave us information on the structural characteristics that an ion-channel blocker of the M2 / WT protein must bring. The silico-derived models were used to predict biological activity of new polar head amantadine compound conjugates comprising amantadine attached to a polar group. Results from in silico studies confirmed the in vitro influenza A/WT virus inhibition experiments from the new derivatives. Furthermore, the synthesis of R enantiomers is proposed as they are expected to exhibit greater biological activity against the Influenza A WT virus

In silico studies of bioactive molecules acting on cellularlevel or protein receptors

In this dissertation, we conducted an extensive investigation into the potential of natural products and anti-hypertensive molecules as inhibitors targeting key proteins of the SARS-CoV-2 virus, specifically the main protease (Mpro) and the spike (S) protein. Employing Induced Fit Docking (IFD), we assessed how well these molecules bound to these critical viral components. To gain deeper insights into the stability and molecular interactions of the resulting "protein-ligand" complexes from our docking studies, we conducted Molecular Dynamics (MD) simulations. These simulations shed light on the molecular mechanisms that underlie potential drug candidates for COVID-19 treatment. Additionally, we utilized MM-GBSA calculations on all "protein-ligand" complexes, highlighting the strong binding capabilities of rosmarinic acid, curcumin, and quercetin against Mpro, and salvianolic acid B, rosmarinic acid, and quercetin against the S protein. To further expand our search for potent inhibitors, we conducted a structural similarity analysis based on the molecules that yielded the most promising results in our in silico studies, using the Enalos Suite. The Enalos Suite identified 115 compounds that shared structural similarities with salvianolic acid, rosmarinic acid, and quercetin. These compounds then underwent IFD calculations, leading to the identification of two salvianolic acid analogues that demonstrated strong binding to all examined binding sites in both proteins. This discovery underscores their potential as multi-target inhibitors. These findings open up potential possibilities for the development of innovative therapeutic agents aimed at disrupting the SARS-CoV-2 virus lifecycle and effectively blocking its entry into human cells.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήσαμε μια εκτεταμένη έρευνα σχετικά με τις δυνατότητες των φυσικών προϊόντων και των αντιυπερτασικών μορίων ως αναστολέων που στοχεύουν στις βασικές πρωτεΐνες του ιού SARS-CoV-2, συγκεκριμένα την Κύρια Πρωτεάση (Mpro) και την Πρωτεΐνη Ακίδα (S). Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της Επαγόμενης Μοριακής Πρόσδεσης αξιολογήσαμε τη δεσμευτική ικανότητα τους με τη Mpro (σε μια περιοχή πρόσδεσης) και την πρωτεΐνη S ενωμένη με το Μετατρεπτικό Ένζυμο της Αγγειοτασίνης ΙΙ (ACE2) (τρεις διαφορετικές περιοχές πρόσδεσης). Για να αποκτήσουμε βαθύτερες γνώσεις σχετικά με τη σταθερότητα και τις μοριακές αλληλεπιδράσεις των συμπλεγμάτων «πρωτεΐνης-προσδέτη», τα οποία προέκυψαν από τις μελέτες Μοριακής Πρόσδεσης, πραγματοποιήσαμε προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής. Αυτές οι προσομοιώσεις μπορεί να διαλευκάνουν στους μοριακούς μηχανισμούς που αποτελούν τη βάση των πιθανών υποψηφίων φαρμάκων για τη θεραπεία της COVID-19. Επιπλέον, πραγματοποιήσαμε υπολογισμούς MM-GBSA σε όλα τα συμπλέγματα «πρωτεΐνης-προσδέτη», τονίζοντας τις ισχυρές ικανότητες δέσμευσης του ροσμαρινικού οξέος, της κουρκουμίνης και της κερκετίνης κατά της Mpro και του σαλβιανολικού οξέος β, του ροσμαρινικού οξέος και της κερκετίνης έναντι της πρωτεΐνης S. Για να επεκτείνουμε περαιτέρω την αναζήτησή μας για ισχυρούς αναστολείς, πραγματοποιήσαμε αναζήτηση δομικής ομοιότητας με βάση τα μόρια που απέδωσαν τα πιο ευνοϊκά αποτελέσματα στις in silico μελέτες μας, χρησιμοποιώντας το Enalos Suite της εταιρείας NovaMechanics Ltd Enalos. Το Enalos Suite εντόπισε 115 ενώσεις, οι οποίες εμφάνιζαν δομικές ομοιότητες με το σαλβιανολικό οξύ, το ροσμαρινικό οξύ και την κερκετίνη. Αυτές οι ενώσεις στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε υπολογισμούς Επαγόμενης Μοριακής Πρόσδεσης, που οδήγησαν στην ταυτοποίηση δύο αναλόγων σαλβιανολικού οξέος, τα οποία παρουσίασα ισχυρή πρόσδεση σε όλες τις εξεταζόμενες περιοχές πρόσδεσης και στις δύο πρωτεΐνες. Αυτή η ανακάλυψη υπογραμμίζει τις δυνατότητές τους ως αναστολείς πολλαπλών στόχων. Τα ευρήματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής ανοίγουν υποσχόμενες δυνατότητες για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπευτικών παραγόντων που στοχεύουν στη διακοπή του κύκλου ζωής του ιού SARS-CoV-2 και στην αποτελεσματική παρεμπόδιση της εισόδου του στα ανθρώπινα κύτταρα

Μοριακή Πρόσδεση Αναλόγων του ε-ουροκανικού οξέος στον ΑΤ1 υποδοχέα

Η αυξημένη αρτηριακή πίεση (υπέρταση) είναι μία ασθένεια που δεν προκαλεί συμπτώματα, γι'αυτό χαρακτηρίζεται σιωπηλός δολοφόνος. Μία νέα κατηγορία αντιυπερτασικών φαρμάκων είναι οι μη πεπτιδικοι ανταγωνιστες των υποδοχέων της αγγειοτασίνης ΙΙ, η οποία δρα ως ορμόνη που προκαλεί σύσπαση των λείων μυικών ινών των αγγείων, με αποτέλεσμα αύξηση της αρτηριακής πίεσης. Κύριοι εκπρόσωποι της κατηγορίας αυτής είναι οι σαρτάνες, με προτυπο φάρμακο της οικογένειας των σαρτανών τη λοσαρτάνη. Η λοσαρτάνη δεσμεύεται στον ΑΤ1 υποδοχέα, όπως και άλλα παρόμοια με αυτή μόρια. Τα τελευταία 25 περίπου χρόνια έχει εφαρμοστεί ο in silico ορθολογικός σχεδιασμός για την παραγωγή καινοτόμων φαρμάκων. Μία από τις 2 προσεγγίσεις που χρησιμοποιούνται στον ορθολογικό σχεδιασμό είναι η Μοριακή Πρόσδεση. Ένα από τα συχνά χρησιμοποιούμενα λογισμικά μοριακής πρόσδεσης είναι το Glide. Κατά τη μοριακή πρόσδεση , το εύκαμπτο τμήμα του μορίου προσαρμόζεται στο ενεργό κέντρο δημιουργώντας ένα σύνολο πιθανών διαμορφώσεων, οι οποίες στη συνέχεια αξιολογούνται από το λογισμικό ως προς την ικανότητα πρόσδεσής τους. Ο πρώτος μη πεπτιδικός ισχυρός ανταγωνιστής της αγγειοτασίνης ΙΙ που παρασκευάστηκε ήταν η λοσαρτάνη και σχεδιάστηκε κατά τέτοιο τρόπο ώστε να μιμείται το καρβοξυ τελικό άκρο της αγγειοτασίνης ΙΙ. Στη συνέχεια με αφετηρία τη λοσαρτάνη παρασκευάστηκαν πλήθος αναλόγων ενώσεων με σημαντικές ομοιότητες στα δομικά τους χαρακτηριστικά. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία μελετήσαμε ανάλογα του ε-ουροκανικού οξέος. Τα αποτελέσματα έδειξαν οτι όλες οι συντιθέμενες ενώσεις έχουν μικρότερη βιολογική δράση συγκριτικά με τη λοσαρτάνη.High blood pressure (hypertension) is a disease which has no symptoms, which is why it is referred to as a silent killer disease. A new category of anti-hypertension medicine are non-peptide antagonists of angiotensin’s II receptors. Angiotensin II is a hormone that causes a smooth muscle contraction and a subsequent blood pressure growth. The main representative of this category are Sartans, with losartan being the prototypical. Losartan inhibits the action of angiotensin II since it is an AT1 antagonist. In the last 25 years, in silico rational planning has been applied in order to produce innovative medicine. One of the two most common approaches that are used is Molecular Docking and Glide is the most utililized pc programme for it. During molecular docking, the flexible part of the molecule adjusts to the enzyme’s active site, forming lots of molecular configurations, which are then evaluated by the software over their docking ability. Based on losartan, a host of compounds with significant similarities was produced. In this dissertation, analogues of Ε-urocanic acid have been closely examined. The results showed that all of E-urocanic acid’s analogues had less biological action compared to losartan

From Angiotensin II to Cyclic Peptides and Angiotensin Receptor Blockers (ARBs): Perspectives of ARBs in COVID-19 Therapy

The octapeptide hormone angiotensin II is one of the most studied peptides with the aim of designing and synthesizing non-peptide mimetics for oral administration. To achieve this, cyclizations at different positions within the peptide molecule has been a useful strategy to define the active conformation. These studies on angiotensin II led to the discovery of Sarmesin, a type II angiotensin II antagonist, and the breakthrough non-peptide mimetic Losartan, the first in a series of sartans marketed as a new generation of anti-hypertensive drugs in the 1990s. Angiotensin II receptor blockers (ARBS) and angiotensin I converting enzyme inhibitors (ACEI) were recently reported to protect hypertensive patients infected with SARS-CoV-2. The renin-angiotensin system (RAS) inhibitors reduce excess angiotensin II and increase antagonist heptapeptides alamandine and aspamandine which counterbalance angiotensin II and maintain homeostasis and vasodilation

Diminazene Aceturate Reduces Angiotensin II Constriction and Interacts with the Spike Protein of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2

Diminazene aceturate (DIZE) is a putative angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) activator and angiotensin type 1 receptor antagonist (AT1R). Its simple chemical structure possesses a negatively charged triazene segment that is homologous to the tetrazole of angiotensin receptor blockers (ARB), which explains its AT1R antagonistic activity. Additionally, the activation of ACE2 by DIZE converts the toxic octapeptide angiotensin II (AngII) to the heptapeptides angiotensin 1–7 and alamandine, which promote vasodilation and maintains homeostatic balance. Due to DIZE’s protective cardiovascular and pulmonary effects and its ability to target ACE2 (the predominant receptor utilized by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 to enter host cells), it is a promising treatment for coronavirus 2019 (COVID-19). To determine DIZE’s ability to inhibit AngII constriction, in vitro isometric tension analysis was conducted on rabbit iliac arteries incubated with DIZE or candesartan and constricted with cumulative doses of AngII. In silico docking and ligand interaction studies were performed to investigate potential interactions between DIZE and other ARBs with AT1R and the spike protein/ACE2 complex. DIZE, similar to the other ARBs investigated, was able to abolish vasoconstriction in response to AngII and exhibited a binding affinity for the spike protein/ACE2 complex (PDB 6LZ6). These results support the potential of DIZE as a treatment for COVID-19