Потенциальные ингибиторы протеазы 3СLpro вируса COVID-19: репозиционирование лекарств

Pneumonia caused by the COVID-19 virus has led to quick search of drugs that would able to block the spread of this virus. A standard way of drug development is a long process. One approach that can significantly accelerate drug development is drug reposition. In this study a virtual screening of the database of approved drugs has been used for search inhibitors against 3СLpro COVID-19, the main protease of COVID-19. Molecular docking, simulation of molecular dynamics and binding energy estimation by MM-GBSA method allowed to select several compounds for further experimental testing. The most promising drugs are the HIV protease inhibitor Indinavir, the inhibitor of protease hepatitis C Telaprevir, the antiulcer drug Dalargin, and the ErB receptor tyrosine kinase inhibitor NeratinibВспышка заболевания, вызванная вирусом COVID-19, стимулировала поиск средств, способных блокировать распространение этого вируса. Стандартная схема разработки новых лекарств является длительным процессом. Одним из подходов, которые могут резко ускорить разработку лекарственных препаратов, является репозиционирование лекарств (т.е. использование уже существующих препаратов по новым показаниям). В данной работе проведен виртуальный скрининг веществ, содержащихся в базе разрешенных к применению лекарств, против основной протеазы COVID-19 – 3СLpro. Молекулярный докинг, моделирование молекулярной динамики и оценка энергии связывания методом MM-GBSA позволили предложить ряд соединений для последующего тестирования. Наиболее перспективными лекарствами в этом плане могут быть ингибитор протеазы ВИЧ Indinavir, ингибитор протеазы гепатита С Telaprevir, а также противоязвенный препарат Dalargin и ингибитор тирозинкиназы рецептора ErB Neratinib

Исследование канальных блокаторов NMDA рецептора в ряду конъюгатов метиленового синего с использованием QSAR и молекулярного моделирования

29 conjugates of methylene blue and four chemical structures, including derivatives of carbazole, tetrahydrocarbazole, substituted indoles and γ-carboline, combined with a 1-oxopropylene spacer have been studied as channel blockers of the NMDA receptor (binding site of MK-801) by using four QSAR methods (multiple linear regression, random forest, support vector machine, Gaussian process) and molecular docking. QSAR models have satisfactory characteristics. The analysis of regression models at the statistical level revealed an important role of the hydrogen bond in the complex formation. This was also confirmed by the study of modeled by docking complexes. It was found that the increase in the inhibitory activity of the part of compounds could be attributed to appearance of additional H bonds between the ligands and the receptor.С использованием 4-х методов QSAR (множественная линейная регрессия, случайный лес, метод опорных векторов, гауссовский процесс) и молекулярного докинга исследованы в качестве блокаторов NMDA рецептора (сайт связывания МК-801) 29 конъюгатов метиленового синего и четырех типов соединений, включая производные карбазола, тетрагидрокарбазола, замещенных индолов и γ-карболина, объединенных 1-оксопропиленовым спейсером. Полученные QSAR модели имеют удовлетворительные характеристики. На основе анализа регрессионных моделей на статистическом уровне выявлена важная роль водородной связи при формировании комплекса. Это нашло подтверждение при исследовании моделей комплексов, полученных молекулярным докингом. Установлено, что увеличение ингибирующей способности части исследуемых соединений обусловлено появлением дополнительных Н-связей между лигандами и рецептором

Исследование in silico взаимодействия производных 2’-{[(e)-андрост-5-ен-17-илиден]-метил}оксазолинов с андрогеновым рецептором

The ability of novel oxazolinyl derivatives of pregna-5,17(20)-diene to interact with the androgen receptor (AR) was investigated using molecular modelling methods. Six new derivatives differed in oxazolinyl radicals in 17 position were used. It was shown that all compounds were able to docked in the ligand-binding domain of AR only when the AR helix-12 was removed. It is suggested that these compounds have antagonistic properties. Results of docking and simulation of molecular dynamics with estimation of binding energy allow to predict that two compounds can be effective AR antagonists.Методами молекулярного моделирования оценена способность новых азотсодержащих стероидных производных 2’-{[(E)-андрост-5-ен-17-илиден]-метил}оксазолинов взаимодействовать с андрогенным рецептором. Исследованы 6 оксазолиновых производных 17(20)Е-прегна-5,17(20)-диена, различающихся структурой гетероцикла. Показано, что все соединения способны связываться с андрогенным рецептором только в случае, когда из структуры рецептора была удалена 12 спираль. Это позволяет предполагать, что данные лиганды должны проявлять антагонистические свойства. Результаты докинга и молекулярной динамики с оценкой энергии связывания лигандов позволили предположить, что два из исследованных соединений могут быть эффективными антагонистами андрогенного рецептора

Физико-химические свойства мутантных форм L-аспарагиназы из Rhodospirillum rubrum, обладающих антителомеразной активностью

Rru_A3730 protein is a bacterial Rhodospirillum rubrum L-asparaginase (RrA), which is known by its anticancer activity. RrA variants with point amino acid substitutions in the region of 150 amino acids residues: RrA17N, K149E, RrAE149R, V150P, F151T, RrА17N, E149R, V150P, RrAE149R, V150P, showed antiproliferative properties, and also by their ability to suppress telomerase activity. This work is devoted to comparison of physical-chemical and catalytic properties of these mutant forms of RrA. It is shown that pH optimum is in the alkaline zone (8.5 – 9.3); L-glutaminase and D-asparaginase activity is respectively not more than 0.1% and 1.6% of L-asparaginase for all studied variants of RrA. The presence of the N17-terminal amino acid sequence MASMTGGQMGRGSSRQ of the capsid protein of bacteriophage T7 in the RrA structure leads to an increase in the thermal stability of mutant RrA analogues (from 50°C to 56°C) and their resistance to denaturation in the presence of 3 – 4 M urea. It is of Metal ions exhibit multidirectional effects on L-asparaginase activity of RrA. K+, Ca2+, Zn2+, Cs+, Co2+ in significantly affect the activity of L-asparaginase, while Mn2+, Cu2+, Fe3+ ions inhibit it. There was no correlation between antitelomerase (antiproliferative) activity and kinetic properties of mutant forms of L-asparaginase RrA.Белок Rru_A3730, известный как бактериальная L-аспарагиназа Rhodospirillum rubrum, представляет интерес в качестве потенциального противоопухолевого средства, особенно её варианты с точечными аминокислотными заменами в районе 150 аминокислотного остатка (а.к.о.): RrA17N, K149E, RrAE149R, V150P, F151T, RrА17N, E149R, V150P, RrAE149R, V150P, обладающие не только антипролиферативными свойствами, но и способностью подавлять активность теломеразы. Данная работа посвящена сравнению физико-химических и каталитических свойств этих мутантных форм RrA. Показано, что для всех изученных вариантов RrA рН оптимум находится в щелочной зоне (8.5 – 9.3); L-глутаминазная и D-аспарагиназная активность составляют, соответственно, не более 0.1% и 1.6% от L-аспарагиназной. Присутствие 17N-концевой аминокислотной последовательности MASMTGGQQMGRGSSRQ капсидного белка бактериофага Т7 в структуре RrA приводит к повышению термостабильности мутантных аналогов RrA (от 50°С до 56°С) и их устойчивости к денатурации в присутствии 3 – 4 М мочевины. Выявлен разнонаправленный эффект ионов металлов на L-аспарагиназную активность вариантов RrA: ионы K+, Ca2+, Zn2+, Cs+, Co2+ существенно не влияют на активность L-аспарагиназы, добавление ионов Mn2+, Cu2+, Fe3+ приводит к снижению активности. Не обнаружено корреляции между антителомеразной (антипролиферативной) активностью и кинетическими свойствами мутантных форм L-аспарагиназы RrA

Solar parameters for modeling interplanetary background

The goal of the Fully Online Datacenter of Ultraviolet Emissions (FONDUE) Working Team of the International Space Science Institute in Bern, Switzerland, was to establish a common calibration of various UV and EUV heliospheric observations, both spectroscopic and photometric. Realization of this goal required an up-to-date model of spatial distribution of neutral interstellar hydrogen in the heliosphere, and to that end, a credible model of the radiation pressure and ionization processes was needed. This chapter describes the solar factors shaping the distribution of neutral interstellar H in the heliosphere. Presented are the solar Lyman-alpha flux and the solar Lyman-alpha resonant radiation pressure force acting on neutral H atoms in the heliosphere, solar EUV radiation and the photoionization of heliospheric hydrogen, and their evolution in time and the still hypothetical variation with heliolatitude. Further, solar wind and its evolution with solar activity is presented in the context of the charge exchange ionization of heliospheric hydrogen, and in the context of dynamic pressure variations. Also the electron ionization and its variation with time, heliolatitude, and solar distance is presented. After a review of all of those topics, we present an interim model of solar wind and the other solar factors based on up-to-date in situ and remote sensing observations of solar wind. Results of this effort will further be utilised to improve on the model of solar wind evolution, which will be an invaluable asset in all heliospheric measurements, including, among others, the observations of Energetic Neutral Atoms by the Interstellar Boundary Explorer (IBEX).Comment: Chapter 2 in the planned "Cross-Calibration of Past and Present Far UV Spectra of Solar System Objects and the Heliosphere", ISSI Scientific Report No 12, ed. R.M. Bonnet, E. Quemerais, M. Snow, Springe

Способ поиска лигандов для новых сайтов связывания

Analysis of protein structures shows that most of them have potential binding sites that may be considered as applicable for new ligand design. The lack of known ligands interacting with such binding sites seriously complicated potential ligands selection. We have developed an approach that can increase the effectiveness of virtual screening for such ligands. It integrates methods of de novo ligand design, pharmacophore modeling, molecular docking, molecular dynamics, calculation of binding energies by MM-GBSA. This approach starts by the de novo design of virtual library of potential compounds followed by selection of favourable substructures and their correct positioning in a new ligand binding site. This generated library has been used for a development of pharmacophore models that have been used for a virtual screening of molecular databases. The selected compounds were docked to the putative binding site to check their ability to accommodate into it and their ability to locate the identified favorable fragments in the same region of the binding site as de novo generated molecules. The further evaluation of the selected ligands can be carried out by standard CADD methods.Анализ белковых структур показывает, что большинство из них имеют потенциальные сайты связывания, которые можно рассматривать как перспективные для поиска новых лигандов. Однако, отсутствие данных о известных лигандах, взаимодействующих с такими сайтами связывания, сильно ограничивают поиску и отбору новых соединений. В данной работе представлен подход для повышения эффективности виртуального скрининга. Данный подход объединяет методы дизайна лигандов de novo, построения моделей фармакофоров, молекулярный докинг, молекулярную динамику, расчет энергий связывания с помощью MM-GBSA. При использовании данного подхода на первом этапе создается виртуальная библиотека потенциальных соединений методом конструирования de novo, с последующим отбором эффективных субструктур и их расположения в сайте связывания. На основе которых разрабатываются модели фармакофоров, которые используются для виртуального скрининга молекулярных баз данных. Отобранные соединения докируются в сайт связывания для проверки их способности размещаться в нем и для оценки совпадения идентифицированных благоприятных фрагментов в том же районе сайта связывания, предсказанном при генерации молекул de novo. Дальнейшую оценку выбранных лигандов можно проводить стандартными методами компьютерного конструирования лекарств. Предлагаемый подход может способствовать эффективному поиску лигандов для новых сайтов связывания

Влияние связывания гелданамицина с HSP90 на сайт фосфорилирования THR90

Prostate cancer is hormone-dependent and the androgen receptor (AR) is involved in its development. AR is a transcription factor that is activated by ligand binding, result in its translocation into the nucleus, where it initiates gene transcription. In an inactive state in cytoplasm AR exists as a complex with heat shock protein 90 (HSP90) and some other proteins. When the agonist binds, a conformational change in AR occurs, resulting in HSP90 and other chaperones dissociating. Recently it has been shown that for the dissociation of the HSP90-AR complex and the translocation of the latter into the nucleus, phosphorylation of the Thr-90 residue of the N-terminal domain of HSP90 is necessary. In this work, the effect of the HSP90 inhibitor, geldanamycin, interacting with the ATP-binding site, on the Thr90 phosphorylation site was investigated by molecular modeling methods. It has been shown that inhibitor binding slightly affects the size and mobility of cavity around Thr90. It is suggested that inhibitor binding to HSP90 does not result in changing the protein structure and does not influence on protein phosphorylation, and partially explains low effectiveness of such type of drugs in the therapy of prostate cancer.Рак предстательной железы (РПЖ) является гормон-зависимым, в его развитии активно участвует андрогеновый рецептор (AR), выполняющий роль фактора транскрипции. В неактивном состоянии в цитозоле AR находится в комплексе с белком теплового шока HSP90 и рядом других белков. Взаимодействие с агонистом приводит к конформационным изменениям в AR, в результате чего комплекс AR с шаперонами распадается и AR транспортируется в ядро. Недавно было обнаружено, что для диссоциации комплекса шаперона HSP90 и AR необходимо фосфорилирование остатка Thr-90 N-концевого домена HSP90. В данной работе методами молекулярного моделирования исследовано влияние ингибитора HSP90 гелданамицина, взаимодействующего с АТР-связывающим сайтом, на сайт фосфорилирования Thr90. Было показано, что связывание ингибитора не сильно влияет на размер и подвижность аминокислотных остатков полости около Thr90. Предполагается, что связывание ингибитора с HSP90 не приводит к изменению структуры белка и не может влиять на его фосфорилирование, что отчасти может объяснить невысокую эффективность такого типа препаратов в химиотерапии РПЖ

Конструирование и экспрессия химерного гена реналазы человека, кодирующего N-концевую сигнальную последовательность секреторного белка пролактина

Renalase (RNLS) is a protein that performs various protective functions both inside and outside cells. Intracellular RNLS is a FAD-dependent oxidoreductase (EC 1.6.3.5). Extracellular RNLS lacking an N-terminal peptide does not interact with FAD and exhibits various protective effects on the cell through interaction with receptor proteins. The mechanisms and factors responsible for RNLS transport out of the cell are not fully understood. It is well known that the signal sequence plays a key role in the classical mechanism of protein transport outside cells. One of the approaches to study the secretion of RNLS from the cell can be the creation of chimeric forms of the protein with a modified N-terminal amino acid signal sequence. Bioinformatics analysis showed that the signal sequence of the prolactin gene (PRL), connected to the template sequence of the RNLS gene, gave the classic signal characteristic of secretory proteins. On this basis, this paper describes: (i) a method for constructing the human RNLS gene in which the N-terminal sequence encoded by the RNLS gene was replaced by the N-terminal sequence encoded by the PRL gene; (ii) expression of this chimeric genetic construct.Реналаза (RNLS) - белок, который выполняет различные защитные функции как внутри, так и снаружи клеток. Внутриклеточная RNLS проявляет свойства FAD-зависимой оксидоредуктазы (КФ 1.6.3.5). Внеклеточная RNLS, лишенная N-концевого пептида, не взаимодействует с FAD, проявляет различные защитные эффекты на клетку посредством взаимодействия на рецепторные белки. Механизмы и факторы, ответственные за транспорт RNLS из клетки, до конца не изучены. Хорошо известно, что сигнальная последовательность играет ключевую роль в классическом механизме транспорта внутриклеточных белков. Одним из подходов для изучения секреции RNLS из клетки может быть создание химерных форм белка с модифицированной N-концевой сигнальной аминокислотной последовательности. Биоинформатический анализ показал, что сигнальная последовательность гена пролактина (PRL), соединенная с матричной последовательностью гена RNLS, давала классический сигнал, свойственный секреторным белкам. Исходя из этого, в данной работе: (i) описан метод конструирования гена RNLS человека, в котором N-концевая последовательность, кодируемая геном RNLS, была заменена на N-концевую последовательность, кодируемую геном PRL; (ii) проведена экспрессия этой химерной генетической конструкции

Toxin-antitoxin systems: A tool for taxonomic analysis of human intestinal microbiota

The human gastrointestinal microbiota (HGM) is known for its rich diversity of bacterial species and strains. Yet many studies stop at characterizing theHGMat the family level. This is mainly due to lack of adequate methods for a high-resolution profiling of the HGM. One way to characterize the strain diversity of the HGM is to look for strain-specific functional markers. Here, we propose using type II toxin-antitoxin systems (TAS). To identify TAS systems in the HGM, we previously developed the software TAGMA. This software was designed to detect the TAS systems, MazEF and RelBE, in lactobacilli and bifidobacteria. In this study, we updated the gene catalog created previously and used it to test our software anew on 1346 strains of bacteria, which belonged to 489 species and 49 genera. We also sequenced the genomes of 20 fecal samples and analyzed the results with TAGMA. Although some differences were detected at the strain level, the results showed no particular difference in the bacterial species between our method and other classic analysis software. These results support the use of the updated catalog of genes encoding type II TAS as a useful tool for computer-assisted species and strain characterization of the HGM. © 2020 by the authors