Có hai thách thức lớn nhất đối với phương pháp thiết kế thuốc de novo, đó là tính khả thi khi tổng hợp hóa học các hợp chất được tạo ra và tỷ lệ dương tính giả cao. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã xây dựng thư viện các phân mảnh cấu trúc dựa trên các phối tử thực tế trên ngân hàng dữ liệu protein. Đồng thời, chúng tôi cũng sử dụng phương pháp chuẩn hóa điểm số docking thông qua giá trị p. Chúng tôi hi vọng hai phương pháp này sẽ làm giảm được tỷ lệ dương tính giả trong quá trình thiết kế và tăng khả năng có thể tổng hợp của hợp chất được tạo ra.
Quá trình thiết kế de novo trong nghiên cứu này đã loại bỏ đi các ràng buộc tương tác giữa phối tử và các phân tử nước ở trong kênh protein. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nước ở trong kênh ion thường đóng vai trò quan trọng trong tương tác với thuốc [91]. Do đó việc loại trừ các phân tử nước trong quá trình thiết kế phân tử là một
37
hạn chế trong nghiên cứu này. Tuy vậy, các phân tử nước có độ linh động rất cao trong mô hình protein, trong khi đó chưa có nghiên cứu nào đánh giá tầm quan trọng của các phân tử nước trong cơ chế hoạt động của kênh protein 3a SARS-CoV-2. Vì vậy chúng tôi giả định rằng tương tác giữa các phân tử nước với phối tử thuốc không phải là các tương tác quan trọng trong quá trình ổn định cấu trúc phân tử trong trung tâm tương tác của thụ thể.
38
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN
Từ những kết quả nghiên cứu đã trình bày trên đây chúng tôi rút ra các kết luận sau: 1. Xây dựng quy trình thiết kế de novo và lựa chọn được một hợp chất dẫn đường dự đoán có hoạt tính sinh học với protein 3a của SARS-CoV-2.
2. Xây dựng được cơ sở dữ liệu phân mảnh cấu trúc từ những phối tử đồng kết tinh trong ngân hàng dữ liệu protein để tăng khả năng tiếp cận tổng hợp hóa học các cấu trúc mới. 3. Xây dựng phương pháp chuẩn hóa điểm số docking để xếp hạng và lựa chọn phân mảnh tối ưu với thụ thể nhằm mục đích giảm tỷ lệ gặp dương tính giả trong quá trình thiết kế.
KIẾN NGHỊ
Để tiếp tục phát triển các kết quả nghiên cứu của khóa luận trong tìm kiếm các hợp chất có hoạt tính sinh học ức chế hoạt động của kênh protein 3a của SARS-CoV-2, chúng tôi xin đưa ra các đề xuất sau:
1. Tiến hành các nghiên cứu thêm về hợp chất đã thiết kế và cân nhắc việc tổng hợp và thử hoạt tính sinh học đối với đích protein 3a trên SARS-CoV-2.
2. Tối ưu hóa cấu trúc đã thiết kế để tăng hoạt tính sinh học và có khả năng trở thành thuốc.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. (WHO), W.H.O., Weekly epidemiological update. 2021.
2. Altschul, S.F., et al. (1990),"Basic local alignment search tool",J Mol Biol,
215(3): p. 403-10.
3. Andersen, K.G., et al. (2020),"The proximal origin of SARS-CoV-2",Nature medicine, 26(4): p. 450-452.
4. Anne Roulston, Richard C. Marcellus, and P.E. Branton (1999),"Viruses and Apoptosis",Annual Review of Microbiology, 53(1): p. 577-628.
5. apos and V. Brien (1998),"Viruses and apoptosis",Journal of General Virology, 79(8): p. 1833-1845.
6. Böhm, H.J. (1992),"LUDI: rule-based automatic design of new substituents for enzyme inhibitor leads",J Comput Aided Mol Des, 6(6): p. 593-606.
7. Bung, N., et al. (2021),"De novo design of new chemical entities for SARS- CoV-2 using artificial intelligence",Future Med Chem, 13(6): p. 575-585. 8. Cao, L., et al. (2020),"De novo design of picomolar SARS-CoV-2 miniprotein
inhibitors",Science, 370(6515): p. 426-431.
9. Castaño-Rodriguez, C., et al. (2018),"Role of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus Viroporins E, 3a, and 8a in Replication and Pathogenesis",mBio, 9(3).
10. Chan, C.M., et al. (2009),"The ion channel activity of the SARS-coronavirus 3a protein is linked to its pro-apoptotic function",Int J Biochem Cell Biol, 41(11): p. 2232-9.
11. Chan, J.F., et al. (2013),"Broad-spectrum antivirals for the emerging Middle East respiratory syndrome coronavirus",J Infect, 67(6): p. 606-16.
12. Chan, J.F., et al. (2020),"Genomic characterization of the 2019 novel human- pathogenic coronavirus isolated from a patient with atypical pneumonia after visiting Wuhan",Emerg Microbes Infect, 9(1): p. 221-236.
13. Chemical Computing Group ULC, S.S.W., Suite #910, Montreal, QC, Canada, H3A 2R7 (2021),"Molecular Operating Environment (MOE), 2015.10".
14. Chen, Y., et al. (2020),"A comprehensive, longitudinal analysis of humoral responses specific to four recombinant antigens of SARS-CoV-2 in severe and non-severe COVID-19 patients",PLoS Pathog, 16(9): p. e1008796.
15. Cinatl, J., et al. (2003),"Treatment of SARS with human interferons",Lancet,
362(9380): p. 293-4.
16. Clark, D.E. and S.D. Pickett (2000),"Computational methods for the prediction of 'drug-likeness'",Drug Discov Today, 5(2): p. 49-58.
17. Congreve, M., et al. (2003),"A 'rule of three' for fragment-based lead discovery?",Drug Discov Today, 8(19): p. 876-7.
18. Corp., I. (Released 2013.),"IBM SPSS Statistics for Windows, Version 22.0. Armonk, NY: IBM Corp.".
19. Cui, J., F. Li, and Z.L. Shi (2019),"Origin and evolution of pathogenic coronaviruses",Nat Rev Microbiol, 17(3): p. 181-192.
20. Danziger, D.J. and P.M. Dean (1989),"Automated site-directed drug design: a general algorithm for knowledge acquisition about hydrogen-bonding regions at protein surfaces",Proc R Soc Lond B Biol Sci, 236(1283): p. 101-13.
21. De Groot, R., et al. (2011),"Ninth report of the International Committee on Taxonomy of Viruses".
22. de Wit, E., et al. (2016),"SARS and MERS: recent insights into emerging coronaviruses",Nat Rev Microbiol, 14(8): p. 523-34.
23. Dehning, J., et al. (2020),"Inferring change points in the spread of COVID-19 reveals the effectiveness of interventions",Science, 369(6500).
24. Devi, R.V., S.S. Sathya, and M.S. Coumar (2015),"Evolutionary algorithms for de novo drug design–A survey",Applied Soft Computing, 27: p. 543-552. 25. Dey, F. and A. Caflisch (2008),"Fragment-based de novo ligand design by
multiobjective evolutionary optimization",J Chem Inf Model, 48(3): p. 679-90. 26. Dietl, P., T. Haller, and M. Frick (2012),"Spatio-temporal aspects, pathways
and actions of Ca(2+) in surfactant secreting pulmonary alveolar type II pneumocytes",Cell Calcium, 52(3-4): p. 296-302.
27. Eisen, M.B., et al. (1994),"HOOK: a program for finding novel molecular architectures that satisfy the chemical and steric requirements of a
macromolecule binding site",Proteins, 19(3): p. 199-221.
28. Falzarano, D., et al. (2013),"Inhibition of novel beta coronavirus replication by a combination of interferon-alpha2b and ribavirin",Sci Rep, 3: p. 1686.
29. Fechner, U. and G. Schneider (2006),"Flux (1): a virtual synthesis scheme for fragment-based de novo design",J Chem Inf Model, 46(2): p. 699-707.
30. Fehr, A.R. and S. Perlman (2015),"Coronaviruses: an overview of their replication and pathogenesis",Methods in molecular biology (Clifton, N.J.),
1282: p. 1-23.
31. Fischer, T., S. Gazzola, and R. Riedl (2019),"Approaching Target Selectivity by De Novo Drug Design",Expert Opin Drug Discov, 14(8): p. 791-803.
32. Fischer, W.B., G. Thiel, and R.H. Fink (2010),"Viral membrane proteins",Eur Biophys J, 39(7): p. 1041-2.
33. Flaxman, S., et al. (2020),"Estimating the effects of non-pharmaceutical interventions on COVID-19 in Europe",Nature, 584(7820): p. 257-261. 34. Galli, C.L., et al. (2014),"A Computational Approach to Evaluate the
Androgenic Affinity of Iprodione, Procymidone, Vinclozolin and Their Metabolites",PLOS ONE, 9(8): p. e104822.
35. Gillet, V.J., et al. (1995),"SPROUT, HIPPO and CAESA: Tools for de novo structure generation and estimation of synthetic accessibility",Perspectives in Drug Discovery and Design, 3(1): p. 34-50.
36. Gordon, D.E., et al. (2020),"A SARS-CoV-2 protein interaction map reveals targets for drug repurposing",Nature, 583(7816): p. 459-468.
37. Hann, M.M., A.R. Leach, and G. Harper (2001),"Molecular complexity and its impact on the probability of finding leads for drug discovery",J Chem Inf Comput Sci, 41(3): p. 856-64.
38. Hartenfeller, M. and G. Schneider (2011),"Enabling future drug discovery by de novo design",WIREs Computational Molecular Science, 1(5): p. 742-759. 39. Hassan, S.S., et al. (2020),"Molecular conservation and differential mutation on
ORF3a gene in Indian SARS-CoV2 genomes",Genomics, 112(5): p. 3226- 3237.
40. Holm, L. and C. Sander (1995),"Dali: a network tool for protein structure comparison",Trends Biochem Sci, 20(11): p. 478-80.
41. Issa, E., et al. (2020),"SARS-CoV-2 and ORF3a: Nonsynonymous Mutations, Functional Domains, and Viral Pathogenesis",mSystems, 5(3).
42. Jencks, W.P. (1981),"On the attribution and additivity of binding energies", Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 78(7): p. 4046-4050.
43. Kaplan, E.H. (2020),"Containing 2019-nCoV (Wuhan) coronavirus",Health care management science, 23(3): p. 311-314.
44. Kern, D.M., et al. (2020),"Cryo-EM structure of the SARS-CoV-2 3a ion channel in lipid nanodiscs",bioRxiv.
45. Kola, I. and J. Landis (2004),"Can the pharmaceutical industry reduce attrition rates?",Nat Rev Drug Discov, 3(8): p. 711-5.
46. Kumar, S., et al. (2018),"MEGA X: Molecular Evolutionary Genetics Analysis across Computing Platforms",Mol Biol Evol, 35(6): p. 1547-1549.
47. Lam, T.T., et al. (2020),"Identifying SARS-CoV-2-related coronaviruses in Malayan pangolins",Nature, 583(7815): p. 282-285.
48. Lauri, G. and P.A. Bartlett (1994),"CAVEAT: a program to facilitate the design of organic molecules",J Comput Aided Mol Des, 8(1): p. 51-66.
49. Lewell, X.Q., et al. (1998),"RECAPRetrosynthetic Combinatorial Analysis Procedure: A Powerful New Technique for Identifying Privileged Molecular Fragments with Useful Applications in Combinatorial Chemistry",Journal of Chemical Information and Computer Sciences, 38(3): p. 511-522.
50. Li, H., et al. (2020),"Updated Approaches against SARS-CoV-2", Antimicrobial agents and chemotherapy, 64(6): p. e00483-20.
51. Li, Q., et al. (2020),"Early Transmission Dynamics in Wuhan, China, of Novel Coronavirus-Infected Pneumonia",N Engl J Med, 382(13): p. 1199-1207. 52. Liang, X. and Z.Y. Li (2010),"Ion channels as antivirus targets",Virol Sin,
25(4): p. 267-80.
53. Lipinski, C.A., et al. (2001),"Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings",Adv Drug Deliv Rev, 46(1-3): p. 3-26.
54. listed, N.a. (2020),"Long COVID: let patients help define long-lasting COVID symptoms",Nature, 586(7828): p. 170.
55. Lu, R., et al. (2015),"Complete Genome Sequence of Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV) from the First Imported MERS-CoV Case in China",Genome announcements, 3(4): p. e00818-15.
56. Lu, S. (2020),"Timely development of vaccines against SARS-CoV-2",Emerg Microbes Infect, 9(1): p. 542-544.
57. Lu, W., et al. (2006),"Severe acute respiratory syndrome-associated coronavirus 3a protein forms an ion channel and modulates virus release",Proc Natl Acad Sci U S A, 103(33): p. 12540-5.
58. Luscombe, C.A., et al. (2010),"A novel Hepatitis C virus p7 ion channel inhibitor, BIT225, inhibits bovine viral diarrhea virus in vitro and shows synergism with recombinant interferon-alpha-2b and nucleoside analogues", Antiviral Res, 86(2): p. 144-53.
59. McClenaghan, C., et al. (2020),"Coronavirus Proteins as Ion Channels: Current and Potential Research",Front Immunol, 11: p. 573339.
60. Minakshi, R. and K. Padhan (2014),"The YXXPhi motif within the severe acute respiratory syndrome coronavirus (SARS-CoV) 3a protein is crucial for its intracellular transport",Virol J, 11: p. 75.
61. Murcko, M.A., Recent Advances in Ligand Design Methods, in Reviews in Computational Chemistry. 1997. p. 1-66.
62. Naqvi, A.A.T., et al. (2020),"Insights into SARS-CoV-2 genome, structure, evolution, pathogenesis and therapies: Structural genomics approach", Biochimica et biophysica acta. Molecular basis of disease, 1866(10): p. 165878-165878.
63. Nelson, C.W., et al. (2020),"Dynamically evolving novel overlapping gene as a factor in the SARS-CoV-2 pandemic",Elife, 9.
64. Overington, J.P., B. Al-Lazikani, and A.L. Hopkins (2006),"How many drug targets are there?",Nat Rev Drug Discov, 5(12): p. 993-6.
65. Padhan, K., et al. (2007),"Severe acute respiratory syndrome coronavirus Orf3a protein interacts with caveolin",Journal of General Virology, 88(11): p. 3067- 3077.
66. Parry, J. (2020),"Covid-19: Hong Kong scientists report first confirmed case of reinfection",Bmj, 370: p. m3340.
67. Pavelka, A., et al. (2016),"CAVER: Algorithms for Analyzing Dynamics of Tunnels in Macromolecules",IEEE/ACM Trans Comput Biol Bioinform, 13(3): p. 505-17.
68. Pearlman, D.A. and M.A. Murcko (1996),"CONCERTS: dynamic connection of fragments as an approach to de novo ligand design",J Med Chem, 39(8): p. 1651-63.
69. Peng, P.W.H., P.L. Ho, and S.S. Hota (2020),"Outbreak of a new coronavirus: what anaesthetists should know",Br J Anaesth, 124(5): p. 497-501.
70. Perez-Castillo, Y., et al. (2018),"A desirability-based multi objective approach for the virtual screening discovery of broad-spectrum anti-gastric cancer agents",PLoS One, 13(2): p. e0192176.
71. Pettersen, E.F., et al. (2004),"UCSF Chimera--a visualization system for exploratory research and analysis",J Comput Chem, 25(13): p. 1605-12. 72. Pettersen, E.F., et al. (2021),"UCSF ChimeraX: Structure visualization for
researchers, educators, and developers",Protein Sci, 30(1): p. 70-82.
73. Ren, Y., et al. (2020),"The ORF3a protein of SARS-CoV-2 induces apoptosis in cells",Cell Mol Immunol, 17(8): p. 881-883.
74. Reymond, J.L. (2015),"The chemical space project",Acc Chem Res, 48(3): p. 722-30.
75. Rota, P.A., et al. (2003),"Characterization of a novel coronavirus associated with severe acute respiratory syndrome",Science, 300(5624): p. 1394-9. 76. Sánchez-Rodríguez, A., et al. (2017),"From flamingo dance to (desirable) drug
discovery: a nature-inspired approach",Drug Discov Today, 22(10): p. 1489- 1502.
77. Schneider, G. (2018),"Automating drug discovery",Nat Rev Drug Discov,
17(2): p. 97-113.
78. Schneider, G. and D.E. Clark (2019),"Automated De Novo Drug Design: Are We Nearly There Yet?",Angew Chem Int Ed Engl, 58(32): p. 10792-10803. 79. Schneider, G. and U. Fechner (2005),"Computer-based de novo design of drug-
like molecules",Nat Rev Drug Discov, 4(8): p. 649-63.
80. Schneider, P. and G. Schneider (2016),"De Novo Design at the Edge of Chaos", J Med Chem, 59(9): p. 4077-86.
81. Schnell, J.R. and J.J. Chou (2008),"Structure and mechanism of the M2 proton channel of influenza A virus",Nature, 451(7178): p. 591-5.
82. Schrödinger, L.,"The PyMOL Molecular Graphics System, Version 2.3.2 ". 83. Schuffenhauer, A., et al. (2005),"Library design for fragment based screening",
Curr Top Med Chem, 5(8): p. 751-62.
84. Schwarz, S., et al. (2014),"Kaempferol derivatives as antiviral drugs against the 3a channel protein of coronavirus",Planta medica, 80(2-3): p. 177-182.
85. Schwarz, S., et al. (2011),"Emodin inhibits current through SARS-associated coronavirus 3a protein",Antiviral Res, 90(1): p. 64-9.
86. Scott, C. and S. Griffin (2015),"Viroporins: structure, function and potential as antiviral targets",J Gen Virol, 96(8): p. 2000-2027.
87. Scott, D.E., et al. (2012),"Fragment-based approaches in drug discovery and chemical biology",Biochemistry, 51(25): p. 4990-5003.
88. Siu, K.L., et al. (2019),"Severe acute respiratory syndrome coronavirus ORF3a protein activates the NLRP3 inflammasome by promoting TRAF3-dependent ubiquitination of ASC",Faseb j, 33(8): p. 8865-8877.
89. Song, C.M., S.J. Lim, and J.C. Tong (2009),"Recent advances in computer- aided drug design",Brief Bioinform, 10(5): p. 579-91.
90. Stouffer, A.L., et al. (2008),"Structural basis for the function and inhibition of an influenza virus proton channel",Nature, 451(7178): p. 596-9.
91. Thomaston, J.L., et al. (2018),"Inhibitors of the M2 Proton Channel Engage and Disrupt Transmembrane Networks of Hydrogen-Bonded Waters",J Am Chem Soc, 140(45): p. 15219-15226.
92. Tong, T.R. (2009),"Drug targets in severe acute respiratory syndrome (SARS) virus and other coronavirus infections",Infect Disord Drug Targets, 9(2): p. 223-45.
93. Verity, R., et al. (2020),"Estimates of the severity of coronavirus disease 2019: a model-based analysis",Lancet Infect Dis, 20(6): p. 669-677.
94. Wang, R., Y. Gao, and L. Lai (2000),"LigBuilder: A Multi-Purpose Program for Structure-Based Drug Design",Molecular modeling annual, 6(7): p. 498- 516.
95. Ward, D., et al. (2021),"An integrated in silico immuno-genetic analytical platform provides insights into COVID-19 serological and vaccine targets", Genome Med, 13(1): p. 4.
96. Waterhouse, A.M., et al. (2009),"Jalview Version 2—a multiple sequence alignment editor and analysis workbench",Bioinformatics, 25(9): p. 1189-1191. 97. Weininger, D. (1988),"SMILES, a chemical language and information system.
1. Introduction to methodology and encoding rules",Journal of Chemical Information and Computer Sciences, 28(1): p. 31-36.
98. Wenlock, M.C., et al. (2003),"A comparison of physiochemical property
profiles of development and marketed oral drugs",J Med Chem, 46(7): p. 1250- 6.
99. Wermuth, C., et al. (1998),"Glossary of terms used in medicinal chemistry (IUPAC Recommendations 1998)",Pure and Applied Chemistry, 70(5): p. 1129-1143.
100. Wilson, L., P. Gage, and G. Ewart (2006),"Hexamethylene amiloride blocks E protein ion channels and inhibits coronavirus replication",Virology, 353(2): p. 294-306.
101. Wojciechowski, M. and B. Lesyng (2004),"Generalized Born Model: Analysis,