[논문 리뷰] Antimalarial Artefenomel Inhibits Human SARS-CoV-2 Replication in Cells while Suppressing the Receptor ACE2

Tania Massignan, Alberto Boldrini외 11명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 28.

SARS-CoV-2 and COVID-19 Research참고 문헌 34인용 수 8

한 줄 요약

이 연구는 SARS-CoV-2 복제를 강력하게 억제하는 아르테페노멜(antimalarial drug)이 PPI-FIT라는 새로운 방법을 통해 접힘 중간체를 표적으로 삼아 ACE2 발현을 억제함으로써 인간 세포에서 SARS-CoV-2 복제를 억제하는 것으로 밝혀졌다. 아르테페노멜은 살아있는 SARS-CoV-2(MEX-BC2/2020 주형)에 의한 세포병변 효과를 완전히 방지하여 강력한 항바이러스 활성과 코로나19 치료에의 약물 재도입 잠재성을 보여주었다.

ABSTRACT

The steep climbing of victims caused by the new coronavirus disease 2019 (COVID-19) throughout the planet is sparking an unprecedented effort to identify effective therapeutic regimens to tackle the pandemic. The SARS-CoV-2 virus is known to gain entry into various cell types through the binding of one of its surface proteins (spike) to the host Angiotensin-Converting Enzyme 2 (ACE2). Thus, spike-ACE2 interaction represents a major target for vaccines and antiviral drugs. A novel method has been recently described by some of the authors to pharmacologically downregulate the expression of target proteins at the post-translational level. This technology builds on computational advancements in the simulation of folding mechanisms to rationally block protein expression by targeting folding intermediates, hence hampering the folding process. Here, we report the all-atom simulations of the entire sequence of events underlying the folding pathway of ACE2. Our data revealed the existence of a folding intermediate showing two druggable pockets hidden in the native conformation. Both pockets were targeted by a virtual screening repurposing campaign aimed at quickly identifying drugs capable to decrease the expression of ACE2. We identified four compounds capable of lowering ACE2 expression in Vero cells in a dose-dependent fashion. All these molecules were found to inhibit the entry into cells of a pseudotyped retrovirus exposing the SARS-CoV-2 spike protein. Importantly, the antiviral activity has been tested against live SARS-CoV-2 (MEX-BC2/2020 strain). One of the selected drugs (Artefenomel) could completely prevent cytopathic effects induced by the presence of the virus, thus showing antiviral activity against SARS-CoV-2. Ongoing studies are further evaluating the possibility of repurposing these drugs for the treatment of COVID-19.

연구 동기 및 목표

• 인간 세포로의 SARS-CoV-2 침입을 차단하기 위해 ACE2 발현을 내림표하는 약물 재도입 가능성을 규명하기 위해.
• ACE2의 접힘 중간체를 표적으로 삼는 PPI-FIT 방법을 적용하여, 완전한 제거 없이도 ACE2 농도를 감소시키는 화합물을 발견하기 위해.
• Vero 세포에서 살아있는 SARS-CoV-2에 대한 발견된 화합물의 항바이러스 효과를 평가하기 위해.
• 세포 독성 및 허위 바이러스 유도 침입 실험을 통해 후보 약물의 안전성과 특이성을 평가하기 위해.

제안 방법

• ACE2의 완전한 접힘 경로를 재구성하기 위해 모든 원자 수준의 분자 동역학 시뮬레이션을 수행하여 일시적인 접힘 중간체를 식별함.
• ACE2의 접힘 중간체 내에서 천연 형태에서는 보이지 않지만 리간드 결합에 접근 가능한 두 개의 약물화 가능한 포켓을 식별함.
• 이 포켓을 기반으로 가상 스크리닝을 수행하여, 중간체를 안정화시키고 분해를 촉진할 잠재력이 있는 기존 약물의 재도입을 시도함.
• SARS-CoV-2 스푸이 단백질을 발현하는 퇴행성 바이러스 시스템을 사용하여 Vero 세포에서 히트를 검증함으로써 바이러스 침입 억제를 평가함.
• 중성 레드 흡착 분석을 사용하여 살아있는 SARS-CoV-2(MEX-BC2/2020 주형)에 대한 항바이러스 활성을 시험함으로써 세포병변 효과와 세포 생존율을 측정함.
• 후보 화합물의 IC50 값과 선택성 지수를 결정하기 위해 농도-반응 및 세포 독성 시험을 수행함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 PPI-FIT 접근법은 ACE2의 접힘 중간체를 표적으로 삼아 선택적으로 ACE2 발현을 감소시키는 소분자를 식별할 수 있는가?
• RQ2 식별된 화합물들은 Vero 세포로의 허위 바이러스 유도 SARS-CoV-2 스푸이 단백질 침입을 억제하는가?
• RQ3 아르테페노멜은 인 비트로에서 살아있는 SARS-CoV-2에 대해 뚜렷한 항바이러스 활성을 보이는가?
• RQ4 아르테페노멜의 항바이러스 효과는 효과 농도에서 특이적이며 비독성인가?
• RQ5 기존 약물은 체계적 손상을 유발하지 않고 ACE2 발현 감소를 통해 SARS-CoV-2 침입을 억제할 수 있는가?

주요 결과

• 모든 원자 수준의 시뮬레이션을 통해 천연 형태에서는 보이지 않지만 약물화 가능한 두 개의 포켓이 있는 ACE2의 접힘 중간체를 규명함.
• 가상 스크리닝을 통해 Vero 세포에서 농도 의존적으로 ACE2 발현을 감소시키는 네 가지 화합물—지프라지돈, 부클리진, 베클라뷰비르, 아르테페노멜—을 식별함.
• 이 네 가지 화합물 모두 Vero 세포로의 허위 바이러스 유도 SARS-CoV-2 스푸이 단백질 침입을 억제하여 바이러스 침입에 간섭함을 나타냄.
• 아르테페노멜은 Vero 세포에서 살아있는 SARS-CoV-2(MEX-BC2/2020 주형)에 의해 유도된 세포병변 효과를 완전히 방지하여 바이러스 복제의 완전한 억제를 나타냄.
• 세포 독성 시험에서 효과적인 항바이러스 농도에서 유의미한 세포 사멸이 관찰되지 않아 유리한 치료 창을 나타냄.
• 생존율 시험에서 신호 대 배경 비율이 29배로 나타나 고도의 시험 신뢰성과 안정성을 확인함.