In silico μελέτες βιοδραστικών μορίων που δρουν σε κυτταρικό επίπεδο ή πρωτεϊνικούς υποδοχείς

Abstract

In this dissertation, we conducted an extensive investigation into the potential of natural products and anti-hypertensive molecules as inhibitors targeting key proteins of the SARS-CoV-2 virus, specifically the main protease (Mpro) and the spike (S) protein. Employing Induced Fit Docking (IFD), we assessed how well these molecules bound to these critical viral components. To gain deeper insights into the stability and molecular interactions of the resulting "protein-ligand" complexes from our docking studies, we conducted Molecular Dynamics (MD) simulations. These simulations shed light on the molecular mechanisms that underlie potential drug candidates for COVID-19 treatment. Additionally, we utilized MM-GBSA calculations on all "protein-ligand" complexes, highlighting the strong binding capabilities of rosmarinic acid, curcumin, and quercetin against Mpro, and salvianolic acid B, rosmarinic acid, and quercetin against the S protein. To further expand our search for potent inhibitors, we conducted a structural similarity analysis based on the molecules that yielded the most promising results in our in silico studies, using the Enalos Suite. The Enalos Suite identified 115 compounds that shared structural similarities with salvianolic acid, rosmarinic acid, and quercetin. These compounds then underwent IFD calculations, leading to the identification of two salvianolic acid analogues that demonstrated strong binding to all examined binding sites in both proteins. This discovery underscores their potential as multi-target inhibitors. These findings open up potential possibilities for the development of innovative therapeutic agents aimed at disrupting the SARS-CoV-2 virus lifecycle and effectively blocking its entry into human cells.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματοποιήσαμε μια εκτεταμένη έρευνα σχετικά με τις δυνατότητες των φυσικών προϊόντων και των αντιυπερτασικών μορίων ως αναστολέων που στοχεύουν στις βασικές πρωτεΐνες του ιού SARS-CoV-2, συγκεκριμένα την Κύρια Πρωτεάση (Mpro) και την Πρωτεΐνη Ακίδα (S). Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της Επαγόμενης Μοριακής Πρόσδεσης αξιολογήσαμε τη δεσμευτική ικανότητα τους με τη Mpro (σε μια περιοχή πρόσδεσης) και την πρωτεΐνη S ενωμένη με το Μετατρεπτικό Ένζυμο της Αγγειοτασίνης ΙΙ (ACE2) (τρεις διαφορετικές περιοχές πρόσδεσης). Για να αποκτήσουμε βαθύτερες γνώσεις σχετικά με τη σταθερότητα και τις μοριακές αλληλεπιδράσεις των συμπλεγμάτων «πρωτεΐνης-προσδέτη», τα οποία προέκυψαν από τις μελέτες Μοριακής Πρόσδεσης, πραγματοποιήσαμε προσομοιώσεις Μοριακής Δυναμικής. Αυτές οι προσομοιώσεις μπορεί να διαλευκάνουν στους μοριακούς μηχανισμούς που αποτελούν τη βάση των πιθανών υποψηφίων φαρμάκων για τη θεραπεία της COVID-19. Επιπλέον, πραγματοποιήσαμε υπολογισμούς MM-GBSA σε όλα τα συμπλέγματα «πρωτεΐνης-προσδέτη», τονίζοντας τις ισχυρές ικανότητες δέσμευσης του ροσμαρινικού οξέος, της κουρκουμίνης και της κερκετίνης κατά της Mpro και του σαλβιανολικού οξέος β, του ροσμαρινικού οξέος και της κερκετίνης έναντι της πρωτεΐνης S. Για να επεκτείνουμε περαιτέρω την αναζήτησή μας για ισχυρούς αναστολείς, πραγματοποιήσαμε αναζήτηση δομικής ομοιότητας με βάση τα μόρια που απέδωσαν τα πιο ευνοϊκά αποτελέσματα στις in silico μελέτες μας, χρησιμοποιώντας το Enalos Suite της εταιρείας NovaMechanics Ltd Enalos. Το Enalos Suite εντόπισε 115 ενώσεις, οι οποίες εμφάνιζαν δομικές ομοιότητες με το σαλβιανολικό οξύ, το ροσμαρινικό οξύ και την κερκετίνη. Αυτές οι ενώσεις στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε υπολογισμούς Επαγόμενης Μοριακής Πρόσδεσης, που οδήγησαν στην ταυτοποίηση δύο αναλόγων σαλβιανολικού οξέος, τα οποία παρουσίασα ισχυρή πρόσδεση σε όλες τις εξεταζόμενες περιοχές πρόσδεσης και στις δύο πρωτεΐνες. Αυτή η ανακάλυψη υπογραμμίζει τις δυνατότητές τους ως αναστολείς πολλαπλών στόχων. Τα ευρήματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής ανοίγουν υποσχόμενες δυνατότητες για την ανάπτυξη καινοτόμων θεραπευτικών παραγόντων που στοχεύουν στη διακοπή του κύκλου ζωής του ιού SARS-CoV-2 και στην αποτελεσματική παρεμπόδιση της εισόδου του στα ανθρώπινα κύτταρα.