Récapitulatif
Maintenant que les travaux d'OpenZika sur World Community Grid sont terminés, les chercheurs entament la prochaine phase de leurs travaux tout en continuant à faire connaître leurs premières découvertes.
Progrès dans la sélection et l'analyse des composés
Poursuivant les progrès que nous avons mentionnés dans notre dernière mise à jour du projet au début de cette année, nous avons pratiquement sélectionné et acheté 75 composés - 55 candidats pour le virus Zika (ZIKV) et 20 candidats pour le virus de la dengue (DENV - pour une évaluation expérimentale chez le Dr Siqueira- Laboratoire de Neto à l'Université de Californie à San Diego Le laboratoire du Dr Siqueira-Neto a effectué des tests cellulaires dans les cellules souches du glioblastome (hGSC) avec le ZIKV.
D'après les résultats expérimentaux obtenus jusqu'à présent, deux composés sélectionnés pour la protéase NS2B-NS3 présentaient une activité inhibitrice contre les cellules infectées par le ZIKV et une faible cytotoxicité (figure 1). L'un d'eux a présenté une activité dans le domaine nanomolaire et est donc un candidat prometteur.
Figure 1. Criblage virtuel pour la protéase ZIKV et DENV NS2B-NS3
De plus, parmi les sept composés sélectionnés pour le site d'ARN de l'hélicase NS3, trois étaient pour le site ATP et inhibaient les cellules infectées par le ZIKV et possédaient une faible cytotoxicité (figure 2).
Figure 2. Criblage virtuel de l'hélicase ZIKV NS3, du site ATP et du site ARN.
Deux composés ont été virtuellement sélectionnés pour la NS5 méthyltransférase et avaient une activité inhibitrice contre les cellules infectées par le ZIKV (un pour le site actif et un pour le site SAM) et avaient une faible cytotoxicité (figure 3).
Figure 3. Criblage virtuel du site ZIKV NS5 méthyltransférase, actif, GTP et SAM.
Aucun des composés virtuellement sélectionnés pour la polymérase NS5 n'a montré d'activité inhibitrice contre les cellules infectées par le ZIKV (figure 4).
Figure 4. Criblage virtuel de la polymérase ZIKV NS5, du NTP et du site d'ARN.
Un composé virtuellement sélectionné pour la protéine d'enveloppe ZIKV était un inhibiteur des cellules infectées par le ZIKV et à faible cytotoxicité (figure 5).
Figure 5. Criblage virtuel de la protéine d'enveloppe ZIKV.
Les tests enzymatiques avec l'hélicase ZIKV NS3, la protéase NS2B-NS3 et les protéines polymérase NS5 seront effectués à l'Institut de physique de Sao Carlos, Université de Sao Paulo (Brésil), au laboratoire du professeur Glaucius Oliva, pour valider les candidats enzymatiques prédits '' Activités.
Deux composés virtuellement sélectionnés pour la protéase DENV NS2B-NS3 étaient un inhibiteur contre les cellules infectées par le ZIKV et avaient une faible cytotoxicité (figure 6). Les sites actifs des protéases DENV et ZIKV ont plus de 90% d'identité de séquence. Ces composés seront également testés contre des cellules infectées par le DENV au laboratoire du Prof. Jose Modena, un autre collaborateur d'OpenZika, à l'Université de Campinas (UNICAMP) au Brésil.
Figure 6. Criblage virtuel contre la protéase DENV NS2B-NS3.
Deux composés virtuellement sélectionnés pour l'hélicase DENV NS3 étaient un inhibiteur des cellules infectées par le ZIKV et présentaient également une faible cytotoxicité (figure 7). Les sites ATP et ARN des protéases DENV et ZIKV sont conservés et ont plus de 90% d'identité de séquence. Ces composés seront également testés contre des cellules infectées par le DENV au laboratoire du professeur José Modena à l'UNICAMP.
Figure 7. Criblage virtuel contre le site ATP hélicase DENV NS3 et le site ARN.
Dans un autre projet mené par l'étudiant de premier cycle Paulo Ramos, nous avons utilisé des modèles d'analyse de similarité intégrative, d'ancrage et d'apprentissage automatique (ML) pour identifier de nouveaux candidats inhibiteurs de ZIKV NS5 guidés par des inhibiteurs connus de DENV NS5. En comparant la séquence primaire des sites de liaison NS5 ZIKV et NS5 DENV (SAM, GTP, site ARN, site catalytique et N-Pocket), nous avons trouvé une identité de séquence élevée pour chacun d'eux. Nous avons recherché les inhibiteurs de DENV NS5 dans les bases de données PubChem et ChEMBL et avons examiné ces modèles ML pour Zika.
Nous avons trouvé 145 composés signalés comme inhibiteurs du DENV NS5 qui ont été criblés à travers le filtre ML (figure 8). À partir de ce filtre, 74 composés ont été priorisés pour les calculs d'amarrage moléculaire. La similitude avec les structures de la base de données commerciale sur les molécules E a été recherchée dans les 32 composés qui présentaient des scores d'énergie libre de l'accostage <-7,0 kcal / mol, ce qui a donné 6 053 composés similaires. Le ML et le processus d'arrimage ont été répétés pour ces composés similaires. Les composés ont également été criblés à l'aide de modèles bayésiens ML pour le ZIKV et la cytotoxicité, et 58 ont été priorisés. Enfin, ces composés ont été criblés à travers les STopTox 1 et Pred-hERG 2 serveurs et 38 composés ont été prédits comme non toxiques pour les critères d'évaluation étudiés. Ces composés seront achetés et soumis pour évaluation expérimentale.
Figure 8. Criblage virtuel contre ZIKV NS5 guidé par des inhibiteurs de Dengue NS5.
Dans un projet collaboratif avec les profs. Scott Laster et Frank Scholle de la North Carolina State University, nous avons effectué des calculs d'amarrage pour les composés naturels d'Ashitaba ( Angelica keiskei), qui est utilisé en médecine asiatique. Ces composés ont été décrits dans la littérature comme des inhibiteurs viraux. Nous avons criblé les extraits d'Ashitaba grâce à des tests cellulaires et cytotoxiques (figure 9). Ils ont également présenté une activité antivirale contre le ZIKV. Ainsi, nous avons isolé les composés et trois chalcones présentaient une activité anti-ZIKV avec des CI50 de l'ordre de 5-20 µM et une faible cytotoxicité dans les cellules de mammifères (CC50 de 100 µM). La prédiction des cibles a été réalisée et nous avons prédit que la protéase est la cible la plus probable de ces composés. Nous avons également effectué des études d'amarrage moléculaire contre toutes les protéines ZIKV dans le cadre du projet OpenZika. En accord avec la prédiction de la cible, l'amarrage a suggéré que la protéase ZIKV est la cible principale. Les tests enzymatiques de protéase ont montré que les composés peuvent inhiber la protéase ZIKV, validant l' in silico prévisions.
Figure 9. Le criblage d'extraits d'Ashitaba par des approches cellulaires et informatiques a trouvé trois inhibiteurs de ZIKV NS3 semblables à des chalcones.
Publications acceptées et à venir
Notre article intitulé « Une diarylamine dérivée de l'acide anthranilique inhibe la réplication du ZIKV» a été accepté dans la revue Scientific Reports. Cette étude était un travail de collaboration avec le professeur Ana Carolina Jardim, de l'Université fédérale d'Uberlandia, au Brésil, et elle rapporte une série d'analogues de l'acide anthranilique criblés par des tests cellulaires. Ensuite, les calculs d'amarrage effectués dans le cadre du projet OpenZika ont suggéré que l'hélicase NS3 était la cible la plus probable, qui a été validée expérimentalement par des tests enzymatiques.
Nous avons récemment soumis à Antiviral Research un article intitulé « Produits naturels d'Angelica keiskei ayant une activité contre la protéase Zika vírus NS2B-NS3 ». Cette étude décrit trois composés extraits d' Angelica keiskei , couramment utilisés en médecine asiatique, qui présentaient une activité anti-ZIKV lors d'essais cellulaires. La prédiction des cibles et l'amarrage moléculaire suggèrent que la protéase NS2B-NS3 est la cible la plus probable. Des tests enzymatiques ont validé les prédictions in silico .
Articles en cours de rédaction - à soumettre prochainement:
Nous préparons les articles suivants concernant les résultats passionnants du projet OpenZika:
- Un article faisant état des résultats (virtuels et expérimentaux) de la première série de composés sélectionnés contre l'hélicase ZIKV NS3 qui présentaient une activité anti-ZIKV dans les cellules souches du glioblastome humain (hGSC);
- Un article faisant état des résultats du criblage virtuel et de l'évaluation expérimentale des produits naturels de Pterogyne nitens , qui présentaient une activité anti-ZIKV, inhibant la protéase et l'hélicase des protéines ZIKV;
- Un article rapportant les résultats des médicaments approuvés / composés des collections cliniques, qui ont une activité anti-paludéenne et anti-Ebola, qui présentaient des activités anti-ZIKV contre la protéine hélicase ZIKV, candidats au médicament
Ces articles seront bientôt soumis à des revues scientifiques à fort impact.
Publications antérieures et sensibilisation
Nous avons publié une revue intitulée « High Throughput and Computational Repurposing for Neglected Diseases » dans la revue Pharmaceutical Research. Cet article décrit les nombreux efforts de réorientation des médicaments qui ont été menés dans différents laboratoires du monde entier pour essayer de trouver des traitements pour les nombreuses maladies tropicales, notamment le Zika et la dengue.
Notre revue principale de Drug Discovery Today « The A – Z of Zika drug discovery » a été publiée le 20 juin 2018. Il s'agit d'un examen complet des récentes avancées dans les efforts de découverte de médicaments ZIKV, mettant en évidence le repositionnement de médicaments et les composés guidés par les calculs, y compris les virus viraux récemment découverts. et les inhibiteurs des cellules hôtes. Des cibles moléculaires ZIKV prometteuses sont également décrites et discutées, ainsi que des cibles appartenant à la cellule hôte, comme de nouvelles opportunités pour la découverte de médicaments ZIKV. Toutes ces connaissances sont non seulement cruciales pour faire avancer la lutte contre le virus Zika et d'autres flavivirus, mais elles aideront également la communauté scientifique à se préparer à la prochaine épidémie virale émergente à laquelle nous devrons répondre.
Notre article intitulé « Computational drug discovery for the Zika virus » a été publié dans un numéro spécial du Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences . Dans cet article, nous résumons les efforts informatiques actuels de découverte de médicaments et leur application à la découverte de médicaments anti-ZIKV. Nous présentons également des exemples réussis d'utilisation d'approches informatiques pour la découverte de médicaments ZIKV, y compris notre projet OpenZika.
Notre article sur les maladies tropicales négligées PLoS , «OpenZika: un projet IBM World Community Grid pour accélérer la découverte de médicaments contre le virus Zika», a été publié le 20 octobre 2016 et a déjà été consulté plus de 5 200 fois. Tout le monde peut accéder et lire ce document gratuitement . Un autre document de recherche, « Illustrer et homologie la modélisation des protéines du virus Zika , » a été publié en F1000Research et vu> 4.200 fois.
Nous avons également publié un autre document de recherche intitulé « Simulations de dynamique moléculaire de l' hélicase du virus Zika NS3: un aperçu de l'activité du site de liaison de l'ARN » dans un numéro spécial sur les flavivirus pour la revue Biochemical and Biophysical Research Communications . Cette étude du système hélicase NS3 nous a permis d'en savoir plus sur cette cible prometteuse pour bloquer la réplication de Zika. Les résultats aideront à guider la façon dont nous analysons les écrans virtuels que nous avons effectués contre l'hélicase NS3, et les simulations de dynamique moléculaire ont généré de nouvelles conformations de ce système que nous avons utilisées comme cibles dans de nouveaux écrans virtuels que nous avons réalisés dans le cadre d'OpenZika.
Le Dr Sean Ekins a présenté une affiche au Cell Symposia: Emerging and Re-Emerging Viruses, les 1-3 octobre 2017, à Arlington, VA, États-Unis, intitulée «OpenZika: Ouvrir la découverte de nouveaux candidats antiviraux contre le virus Zika».
Les chercheurs d'OpenZika Dr. Melina Mottin, Dr. Roosevelt Silva, Msc. Bruna Sousa et Paulo Ramos ont présenté des affiches à la 9 e conférence BrazMedChem 2019 , la principale conférence sur la chimie médicinale en Amérique latine, organisée par l'OpenZika PI, le professeur Carolina Horta Andrade.
Le Dr Melina et Bruna ont présenté les études liées aux composés naturels: « Découverte de flavonoïdes de Pterogyne nitens ayant une activité puissante contre la protéase et l'hélicase du virus Zika » et « Découverte de nouveaux candidats virus Zika: produits naturels d'Angelica keiskei ayant une activité contre NS2B-NS3 protéase », respectivement. Paulo a présenté le travail « Modèles d'analyse de similarité intégrative, d'accueil et d'apprentissage automatique pour identifier de nouveaux hits Zika NS5 guidés par des inhibiteurs de Dengue NS5». Paulo a également présenté ce travail au 16e CONPEEX (Congrès de recherche, d'enseignement et de vulgarisation de l'Université fédérale de Goiás - UFG) et le travail a été sélectionné pour le prix UFG Undergraduate.
Le Dr Roosevelt a présenté l'affiche sur la dynamique moléculaire du ZIKV NS1: «Le comportement dynamique des virus Dengue et Zika NS1 révèle des mécanismes d'interaction monomère-monomère et des informations sur la conception rationnelle des médicaments.»
Le Dr Sean Ekins a également participé à la 9e conférence BrazMedChem en tant que conférencier principal, présentant le discours « La prochaine ère de la recherche pharmaceutique: des modèles bayésiens au Deep Learning » concernant les résultats actualisés du projet OpenZika ainsi que ses travaux sur la maladie de Chagas et Ebola.
Figure 10. L'équipe LabMol et le Dr Sean Ekins (portant un pantalon blanc) au symposium BrazMedChem.
Figure 11. Le Dr Sean Ekins s'exprimant lors du 9 e Symposium BrazMedChem au Brésil sur les derniers résultats du projet OpenZika.
Le Dr Melina Mottin a récemment présenté des mises à jour sur le projet OpenZika en tant que présentation orale à RENORBIO 2019: II Meeting Biotechnology of Northeast à Fortaleza, Brésil, le 28 novembre 2019.
Figure 12. Le Dr Melina présente les résultats actualisés du projet OpenZika à la conférence RENORBIO.
Récemment, le professeur Carolina Horta Andrade a donné la conférence d'ouverture au III Young Medicinal Chemist Workshop à Salvador, BA, Brésil, le 21 novembre 2019. Dans sa conférence, elle a présenté le projet OpenZika et nos derniers résultats passionnants.
Figure 13. Le Dr Carolina Andrade présente les résultats mis à jour du projet OpenZika au III Young Medicinal Chemist Workshop
Statut des calculs
Au total, nous avons soumis près de 9,29 milliards d'emplois d'accueil, qui ont concerné 427 sites cibles différents. Nos écrans initiaux utilisaient une bibliothèque plus ancienne de 6 millions de composés disponibles dans le commerce, et nos expériences actuelles utilisent la nouvelle bibliothèque ZINC15 de 30,2 millions de composés.
Les 80 000 volontaires qui ont fait don de leur puissance de calcul à OpenZika nous ont donné 92 696 années de calcul pour les stations d'accueil! Merci beaucoup à tous pour votre aide !!
Nous avons reçu tous les résultats de nos expériences qui impliquent l'amarrage de 30,2 millions de composés contre NS1, l'hélicase NS (à la fois le site de liaison de l'ARN et le site NTP), l'ARN polymérase NS5 (NTP et poche d'ARN), la méthyltransférase NS5 (site SAM et GTP) , Protéase NS2B / NS3, capside (poches de liaison 1 et 2) et protéine d'enveloppe.
Nous sommes extrêmement reconnaissants à tous les bénévoles qui ont donné leur temps informatique inutilisé à ce projet! Merci beaucoup!!
Références
- STOPTOX 1.0. LabMol, 2016. Disponible sur: http://stoptox.labmol.com.br/ . Accès le: 02 déc.2019.
- Pred-hERGA, un nouvel outil de calcul accessible sur le Web pour prédire la toxicité cardiaque. Braga, RC; Alves, VM; Silva, MFB; Muratov, E .; Fourches, D .; Liao, LM; Tropsha, A .; Andrade, CH Mol. Inf. 2015, 34 , 698-701. 10.1002 / minf.201500040
| Par: L'équipe de recherche d'OpenZika 13 déc. 2019 |
Traduction de la page du site : https://www.worldcommunitygrid.org/about_us/viewNewsArticle.do?articleId=614