朱庇特,佛罗里达州——为开发新冠肺炎及其他疾病的新型抗病毒药物,由赫伯特·韦特海姆佛罗里达大学斯克里普斯生物医学创新与技术研究所(The Herbert Wertheim UF Scripps Institute for Biomedical Innovation & Technology)科学家领导的合作团队,已识别出针对新冠病毒的潜在新药物。
在此过程中,该团队开发出一个强大的新平台,可用于寻找对抗多种传染病的药物。科学家们在《美国化学会杂志》周一在线发表的论文中指出,他们首先在病毒遗传物质的稳定结构中寻找"可成药口袋"。这些类似钥匙孔的结构为精准药物干预提供了理想空间。团队随后运用系统化学、计算和机器人药物发现方法,找到并优化了能发挥"钥匙"作用的化合物。
经改进优化的"化合物6"在实验室测试中导致新冠病毒蛋白错误折叠、功能失常,最终被细胞降解清除。该研究所化学系主任马修·迪斯尼(Matthew Disney)教授指出:"我们开发的方法可应用于多种困扰社会且治疗选择有限的RNA病毒,包括流感、诺如病毒、中东呼吸综合征、马尔堡病毒、埃博拉病毒、寨卡病毒等。我们已启动其中多项病毒的研究工作。"
迪斯尼的合作者包括加州拉霍亚斯克格斯-卡利布瑞创新药物研究所(Skaggs-Calibr Institute for Innovative Medicines)药物化学高级副总裁阿纳布·查特吉(Arnab Chatterjee)博士,以及美国国立卫生研究院抗病毒药物研发中心项目负责人、斯克里普斯研究所抗病毒药物与大流行应对中心主任苏米特·昌达(Sumit Chanda)博士。
查特吉表示:"该平台代表了药物发现思维的变革,不仅为我们设计冠状病毒抗病毒药物提供路线图,还能快速将此策略扩展至传染病领域及其他高优先级RNA靶点。"
新冠病毒体积极小,1000个首尾相接才抵得上一根人类发丝的宽度,但其线状基因组却能指挥感染细胞制造27种蛋白质。其中名为"移码元件"的机制,如同发动机离合器或自行车变速器,通过迫使细胞蛋白质合成机器在读取病毒基因组时暂停并改变起始点,高效利用有限的病毒空间来组装新的复制蛋白。
迪斯尼认为,这种在新冠病毒多个变体中高度保守的移码元件,是RNA靶向药物的理想目标。此前科学家普遍认为RNA结构难以成药,但迪斯尼团队长期致力于寻找可成药RNA结构及相关技术。在新研究中,团队结合计算与实验方法,利用迪斯尼发明的"化学交联与下拉分离技术"(Chem-CLIP)绘制移码元件结合口袋图谱。
进一步分析发现已知药物"米拉氟沙星"(mirafloxacin)虽能干扰移码元件组装但效果欠佳。机器人高通量筛选揭示出8种相关化学支架,经活细胞感染实验证实抗病毒活性后,"化合物6"展现出最佳效果。团队正致力于提升该化合物的药效。
该研究共同第一作者为赫伯特·韦特海姆佛罗里达大学斯克里普斯研究所的桑德拉·科瓦奇卡(Sandra Kovachka)博士、阿米尔侯赛因·塔加维(Amirhossein Taghavi)博士及迪斯尼实验室博士生王洁蕾。
迪斯尼表示,此次合作最令人振奋的是团队通过系统整合专业技术和资源,成功创建了针对RNA病毒性疾病的新攻击路径。"该策略为理性设计RNA靶向抗病毒小分子药物提供了定向且无偏见的方法,"迪斯尼说,"通过将结构生物学深度知识与药物发现能力结合,我们正加速从基础RNA生物学通向潜在药物的进程。"
负责细胞实验的昌达指出,这项研究充分展示了美国国立卫生研究院"大流行病原体抗病毒药物发现中心"(AViDD)项目启动三年来取得的快速高影响力成果。"该工作完美体现了AViDD的设立宗旨——推进创新策略以扩充抗病毒武器库。团队通过证明RNA可被类药分子系统靶向,为多种病毒(不仅是新冠病毒)的药物研发打开了大门。"
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