[논문 리뷰] Molecular docking studies on Jensenone from eucalyptus essential oil as a potential inhibitor of COVID 19 corona virus infection

Sharma Ad, Inderjeet Kaur|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 01.

Pharmacological Effects of Natural Compounds참고 문헌 6인용 수 27

한 줄 요약

이 시뮬레이션 연구는 유칼립투스 정유에서 유래한 젠슨론이 코로나19 바이러스의 주요 프로테아제(Mpro)에 대한 잠재적 억제제로 작용할 수 있는지 분석한다. 분자 도킹을 통해 젠슨론은 수소 결합, 비극성 상호작용 및 이온 상호작용을 통해 강한 결합 친화도를 보였으며, 이는 항코로나19 치료제 개발을 위한 유망한 후보 물질임을 시사한다. 다만 향후 실험적 검증이 필요하다.

ABSTRACT

COVID-19, a member of corona virus family is spreading its tentacles across the world due to lack of drugs at present. However, the main viral proteinase (Mpro/3CLpro) has recently been regarded as a suitable target for drug design against SARS infection due to its vital role in polyproteins processing necessary for coronavirus reproduction. The present in silico study was designed to evaluate the effect of Jensenone, a essential oil component from eucalyptus oil, on Mpro by docking study. In the present study, molecular docking studies were conducted by using 1-click dock and swiss dock tools. Protein interaction mode was calculated by Protein Interactions Calculator.The calculated parameters such as binding energy, and binding site similarity indicated effective binding of Jensenone to COVID-19 proteinase. Active site prediction further validated the role of active site residues in ligand binding. PIC results indicated that, Mpro/ Jensenone complexes forms hydrophobic interactions, hydrogen bond interactions and strong ionic interactions. Therefore, Jensenone may represent potential treatment potential to act as COVID-19 Mpro inhibitor. However, further research is necessary to investigate their potential medicinal use.

연구 동기 및 목표

• 유칼립투스 정유에서 유래한 천연 화합물인 젠슨론이 SARS-CoV-2 주요 프로테아제(Mpro)에 대한 잠재적 억제제로 작용할 수 있는지 평가하기 위해.
• 계산 기반 도킹 도구를 활용하여 젠슨론과 Mpro 간의 결합 친화도 및 상호작용 메커니즘을 평가하기 위해.
• 결합 복합체의 안정성을 높이는 주요 분자 상호작용(예: 수소 결합, 비극성 상호작용, 이온 상호작용)을 규명하기 위해.
• 젠슨론이 항코로나19 치료제 개발을 위한 후보 화합물로 적합한지에 대한 시뮬레이션적 증거를 제공하기 위해.

제안 방법

• 젠슨론의 SARS-CoV-2 Mpro에 대한 결합 방식을 예측하기 위해 1-클릭 도킹 및 스위스도킹 도구를 사용하여 분자 도킹을 수행하였다.
• 특정 상호작용 유형을 식별하기 위해 단백질 상호작용 계산기(PIC)를 활용하여 단백질-리간드 상호작용을 분석하였다.
• 젠슨론과 Mpro 간의 상호작용 강도를 평가하기 위해 결합 에너지를 계산하였다.
• 리간드 결합에 관여하는 핵심 아미노산 잔기의 역할을 검증하기 위해 활성 부위 예측을 수행하였다.
• 일관된 결합 방향성과 친화도를 확인하기 위해 결합 부위 유사성 분석을 수행하였다.
• 실험적 간섭 없이 분자 상호작용을 시뮬레이션하고 분석하기 위해 시뮬레이션 기반 방법을 사용하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 유칼립투스 정유에서 유래한 젠슨론은 SARS-CoV-2 주요 프로테아제(Mpro)에 대해 뚜렷한 결합 친화도를 보이는가?
• RQ2 젠슨론-Mpro 복합체의 안정성을 높이는 분자 상호작용의 유형(예: 수소 결합, 비극성 상호작용, 이온 상호작용)은 무엇인가?
• RQ3 이러한 결합 상호작용은 Mpro의 알려진 활성 부위 잔기와 일치하는가?
• RQ4 젠슨론의 결합 에너지는 알려진 억제제 또는 대조 화합물과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 시뮬레이션 분석 결과 기반으로 젠슨론은 향후 항코로나19 치료제 개발을 위한 실현 가능한 후보 화합물로 간주될 수 있는가?

주요 결과

• 젠슨론은 계산된 결합 에너지로 인해 SARS-CoV-2 Mpro에 강한 결합 친화도를 보이며 안정적인 복합체 형성 가능성을 시사한다.
• 리간드는 Mpro 활성 부위의 핵심 잔기들과 다수의 수소 결합을 형성하여 결합 안정성에 기여하였다.
• Mpro 활성 부위의 비극성 잔기들과 젠슨론 간의 비극성 상호작용이 관찰되어 결합 친화도가 향상되었다.
• 젠슨론의 극성 기능기와 Mpro 결합 부위의 산성/기초성 잔기 사이에 이온 상호작용이 확인되었다.
• 결합 부위 유사성 분석을 통해 젠슨론이 Mpro 활성 부위 내에서 일관되고 유리한 결합 방향성으로 결합하는 것으로 확인되었다.
• PIC 분석 결과 안정적이고 에너적으로 유리한 상호작용 프로파일이 확인되어 젠슨론이 Mpro 억제제로서의 잠재력이 높다는 것을 뒷받침한다.