Structure-Guided Repurposing of SARS-CoV-2 Compounds Identifies Putative Inhibitors of Mpox Viral Enzymes

Immaginate il mondo dei virus come una città frenetica e caotica dove piccoli invasori cercano di dirottare le nostre cellule per costruire più di se stessi. Per fermarli, gli scienziati agiscono come maestri fabbri di serrature, cercando di progettare chiavi che si adattino perfettamente alle serrature specifiche (proteine) che i virus usano per funzionare. A volte, queste serrature sembrano sorprendentemente simili tra diverse famiglie di virus, proprio come la maniglia di una porta di una casa potrebbe sembrare molto simile a quella di un castello. Questa somiglianza offre agli scienziati una scorciatoia intelligente: invece di forgiare una chiave completamente nuova da zero per ogni nuovo virus, possono provare le chiavi che hanno già creato per un virus per vedere se si adattano alle serrature di un altro. Questo è chiamato "riposizionamento dei farmaci" (drug repurposing). In questa storia, i ricercatori stanno esaminando il virus Mpox, un elemento di disturbo che sta causando nuovamente focolai. Vogliono trovare nuovi modi per fermarlo, concentrandosi nello specifico sul blocco di tre macchine critiche all'interno del virus: un paio di forbici (proteasi) che taglia le parti virali, una macchina per timbrare (metiltransferasi) che etichetta i messaggi virali e uno distruggitore (nucleasi) che distrugge i segnali di allerta del nostro sistema immunitario.

I ricercatori hanno deciso di testare una vasta collezione di chiavi progettate originariamente per combattere il SARS-CoV-2 (il virus dietro il COVID-19) contro queste macchine dell'Mpox. Non hanno proceduto per tentativi; hanno utilizzato potenti simulazioni informatiche per vedere quanto bene queste chiavi si adattassero. Pensatelo come a un videogioco ad alta tecnologia in cui si lanciano migliaia di chiavi virtuali in serrature virtuali per vedere quali girano senza intoppi. Hanno scoperto che, sebbene alcune chiavi sembrassero ottime a prima vista, in realtà si incastravano o si rompevano quando la simulazione diventava più realistica. Tuttavia, hanno identificato alcune chiavi eccezionali che sembravano adattarsi molto bene alle serrature dell'Mpox, suggerendo che potrebbero essere l'inizio di nuovi medicinali. Ma ecco il punto: queste sono solo previsioni al computer. Le chiavi non sono ancora state testate in un vero laboratorio o su cellule viventi, quindi sono "ipotetici" promettenti piuttosto che cure garantite.

La Grande Caccia alle Chiavi: Trovare i Bloccanti dell'Mpox

In questo studio, un team di scienziati è partito per una caccia al tesoro digitale. Il loro obiettivo era vedere se potevano prendere in prestito una biblioteca di composti (chiavi chimiche) che erano stati precedentemente studiati per combattere il SARS-CoV-2 e usarli per fermare il virus Mpox. Si sono concentrati su tre bersagli specifici all'interno del virus Mpox, che sono essenziali per la sopravvivenza e la diffusione del virus:

1. La Proteasi Core: Immaginatela come le forbici interne del virus. Taglia lunghe catene di proteine virali in pezzi più piccoli e utilizzabili. Se si bloccano queste forbici, il virus non può costruirsi.
2. La Metiltransferasi VP39: Questa è come una macchina per timbrare. Mette un "tappo" speciale sui messaggi genetici del virus in modo che la cella ospite li legga come proprie istruzioni. Ferma il timbro, e la cellula ignorerà il virus.
3. La Nucleasi Poxin: Pensate a questo come a uno distruggitore. Distrugge i segnali di allerta che il nostro sistema immunitario invia quando rileva un'infezione. Se si blocca lo distruggitore, il sistema immunitario rimane allerta e combatte.

Il team ha preso una biblioteca di 1.238 diversi composti chimici — alcuni naturali, altri sintetici — che erano stati esaminati per il SARS-CoV-2. Li hanno sottoposti a una serie di test informatici, partendo da una scansione rapida e ampia (High-Throughput Screening) per trovare i candidati più promettenti, e poi zoomando per un esame dettagliato (Molecular Docking) per vedere esattamente come si adattassero.

I Risultati: Vincitori, Perdenti e "Quasi" Vincitori

Le simulazioni al computer hanno rivelato risultati affascinanti, ma hanno anche mostrato perché non si può fidare della prima cosa che sembra buona.

I risultati della Proteasi (Le Forbici):
All'inizio, un composto chiamato 78097010 sembrava la super star. Aveva il miglior "punteggio di docking", che è come prendere il voto più alto a un esame. Tuttavia, quando gli scienziati hanno eseguito una simulazione più realistica che teneva conto dell'acqua e di come la molecola si piega (chiamata MM-GBSA), questo composto è caduto a pezzi. Si è scoperto che, sebbene si adattasse alla serratura, il costo energetico per arrivarci era troppo alto, come cercare di forzare una chiave in una serratura troppo stretta.
Inveve, altri due composti sono emersi come i veri contendenti:

• J08_67: Questo aveva il profilo energetico più stabile. Si adattava bene e restava in posizione. Nelle simulazioni, mostrava un'energia di legame di -37,03 kcal/mol, migliore del composto di riferimento usato per il confronto. Sembrava anche facile da assorbire per l'organismo.
• J02_11: Questo era un po' meno stabile in termini di energia, ma era incredibilmente costante nel tempo. In una simulazione di 100 nanosecondi (che è come guardare un film dell'interazione della molecola con il virus), J02_11 ha mantenuto un legame con una parte specifica del virus (un legame a idrogeno con Lys126) per l'85% del tempo. Era un partner molto affidabile.

I risultati della VP39 (La Macchina per Timbrare):
Qui, i risultati sono stati ancora più chiari. Un composto chiamato JBB43_0001 aveva il punteggio iniziale migliore, ma di nuovo, il controllo energetico dettagliato ha raccontato una storia diversa. Il vero vincitore è stato J08_51.

• J08_51 ha mostrato un'energia di legame massiccia di -73,61 kcal/mol nel controllo iniziale, e anche dopo aver eseguito la simulazione di 100 nanosecondi, è rimasto forte con un'energia media di -68,38 ± 10,25 kcal/mol.
• Ha formato un legame molto forte e duraturo con una parte del virus chiamata Asp95 (mantenendolo per l'85% del tempo di simulazione) e ha stretto nuove amicizie con Arg114 e Asp152.
• Tuttavia, gli scienziati hanno notato che J08_51 potrebbe essere un po' "ingombrante" per un vero farmaco. Ha una bassa capacità prevista di essere assorbito dall'intestino ed è complesso da sintetizzare in laboratorio, il che significa che avrebbe bisogno di alcune modifiche per diventare un medicinale.

I risultati della Poxin (Lo Distruggitore):
Questo bersaglio è stato il più cauto. Il composto con il punteggio più alto dallo screening iniziale, SA40_0002, si è rivelato un falso allarme. Aveva una enorme "penalità di solvatazione", il che significa che odiava stare in acqua, il che lo renderebbe inutile nel corpo.

• Il miglior candidato qui è stato J02_14. Aveva un profilo equilibrato e non è caduto a pezzi come gli altri. Tuttavia, non era forte quanto il composto di riferimento usato dagli scienziati e, poiché il team non ha eseguito la lunga simulazione di 100 nanosecondi per questo, rimane un "forse" piuttosto che un leader confermato.

Cosa Significa (E Cosa Non Significa)

Il punto fondamentale di questo articolo è che il riposizionamento cross-virale funziona, ma bisogna fare attenzione. Solo perché una chiave si adatta alla serratura su uno schermo al computer non significa che girerà la serratura nella vita reale. Lo studio ha dimostrato che guardare il "costo energetico" dell'adattamento (usando MM-GBSA) e osservare come si comporta la molecola nel tempo (usando la Molecular Dynamics) è fondamentale. Senza questi passaggi extra, gli scienziati avrebbero scelto le chiavi sbagliate (come 78097010 e SA40_0002).

Gli autori sono molto chiari sui limiti del loro lavoro. Non hanno dimostrato che questi composti uccidono il virus. Non li hanno testati in cellule o animali. Non hanno dimostrato che siano sicuri per gli esseri umani. Tutto ciò che hanno fatto è usare il computer per trovare alcuni "putative inhibitor" (inibitori presunti), ovvero composti che sembrano promettenti abbastanza da essere testati in un vero laboratorio.

L'articolo suggerisce che J08_67 e J02_11 siano i migliori punti di partenza per la proteasi, e che J08_51 sia il miglior punto di partenza per l'enzima VP39. Questi composti sono ora nella "lista breve" per la fase successiva della ricerca, in cui scienziati reali mescoleranno questi composti con parti reali del virus per vedere se effettivamente ne bloccano il funzionamento. Fino ad allora, rimangono indizi affascinanti generati dal computer nella continua battaglia contro l'Mpox.