Xin giới thiệu đến các bạn một nghiên cứu thú vị và cũng rất nóng của Christian Gruber và Georg Steinkellner thuộc nhóm nghiên cứu Innophore [1], [2], [3]. Họ đã và đang thực hiện một dự án sàng lọc chất ức chế protease của Coronavirus Vũ Hán 2019 (2019-nCoV). Được biết, Innohore GmbH là công ty spin-off của Đại học Graz và acib GmbH.
Xin lưu ý: những kết quả nghiên cứu dưới đây chưa được bình duyệt (not peer-reviewed)
Sơ lược về 2019-nCoV
2019-nCoV là virus có sợi đơn RNA xoắn dương. Thông tin về số người mắc bệnh và số người chết vì virus này đang được cập nhật từng ngày. Tính đến 5:24 PM ngày 2/2/2020, đã có 14.628 trường hợp nhiễm bệnh, 305 ca tử vong [4].
Trước đây, Trường Y thuộc Đại học Hong Kong đã cho biết các thuốc ức chế protease và một số thuốc khác có thể hiệu quả trong việc chữa các triệu chứng đường hô hấp của virus SARS và các coronavirus khác. Báo chí cũng đưa tin một số bệnh nhân tại Trung Quốc đang được điều trị bằng thuốc ức chế protease – các thuốc kháng virus vốn được phát triển để điều trị HIV và đã từng được dùng trong đợt dịch SARS.
Khám phá protease của 2019-nCoV
Nhóm nghiên cứu đã phân tích bộ gen của virus cúm Vũ Hán (Wuhan seafood market pneumonia virus genome, được công bố tại NCBI genome ID MN908947, GenBank: MN908947.3) để xác định trình tự acid amin của protease bằng cách gióng hàng với nhiều trình tự protease đã biết của coronavirus SARS. Hình 1 mô tả sự gióng hàng trình tự một vùng orf1ab polyprotein của 2019-nCoV (tác giả đặt tên là QHD43415.1) với trình tự của protein 5N5O trên PDB (Ngân hàng dữ liệu protein) – một cấu trúc của protase chủ yếu của coronavirus SARS.
Hình 1. Vùng trình tự acid amin của 2019-nCoV polyprotein gióng hàng với một protease virus SARS (mã PDB: 5N5O)
Các tác giả tách được trình tự protease giả định của 2019-nCoV như Hình 2:
Hình 2. Trình tự acid amin giả định của 2019-nCo protease
Họ tiếp tục xây dựng cấu trúc 3D của enzym này bằng kỹ thuật mô tả tính tương đồng (homology) bằng máy chủ Phyres2 (dữ liệu được cung cấp tại https://innophore.com/wp-content/uploads/2020/01/d06ff0dcb8400814.tar.gz). Mô hình tốt nhất được xây dựng dựa trên một protein có mã PDB 2DUC của virus SARS (Hình 3, 4).
Hình 3. Cấu trúc 3D của protease giả định của 2019-nCoV xây dựng bằng kĩ thuật homology
Hình 4. Trình tự acid amin của protease giả định của 2019-nCoV so với protein mẫu 2DUC
Các tác giả cũng sử dụng platform Catalophore của riêng họ để dự đoán cấu trúc homology từ mẫu protein 2H2Z, cho ra kết quả “Pretty Good” như Hình 5 (dữ liệu được cung cấp tại https://innophore.com/wp-content/uploads/2020/01/QHD43415_1-putative-protease_cleaned.pdb_.zip).
Hình 5. Một cấu trúc 3D khác của protease giả định của 2019-nCoV xây dựng bằng kĩ thuật homology
2 cấu trúc protease giả định nói trên của 2019-nCoV được gióng hàng, cho kết quả với độ tương đồng cao, giá trị RMSD = 0,396 Å.
Xác định vị trí hoạt động của enzym (active site)
Các tác giả sử dụng cấu trúc protease giả định của 2019-nCoV từ mẫu 2H2Z, phần mềm Catalophore dự đoán 3 vị trí tác động khác nhau của enzym (Hình 6).
Hình 6. 3 vị trí tác động trên protease giả định của 2019-nCoV
Sau khi phân tích, các tác giả xác định khoang 1 có thể là vị trí tiềm năng cho chất ức chế. Để chắc chắn, nhóm nghiên cứu đã tính toán các thông số lý hóa của khoang này và quét các protein đã có chất ức chế trên PDB để tìm các protein có đặc tính tương tự, với hy vọng tìm ra chất ức chế protease của virus Vũ Hán. Kết quả họ đã tìm một protein với khoang gắn kết tương đồng, mã PDB 2A5I cũng của virus SARS (Hình 7).
Hình 7. Kết quả tìm kiếm một protease khác của virus SARS có khoang tác động tương tự
Họ sử dụng khoang gắn kết này để sàng lọc in silico. Ngày 24/01/2020, một danh sách 148 hợp chất có tính chất lý hóa phù hợp với khoang tác động của protease giả định của 2019-nCoV được công bố. Top 5 được trình bày ở Hình 8.
Hình 8. Top 5 chất có đặc tính phù hợp nhất để gắn kết với khoang tác động của protease giả định
Ngày 25/05/2020, nhóm tác giả Innophore hợp tác với các nhóm nghiên cứu tin sinh học từ công ty dược ở Bắc Kinh và CDC Trung Quốc. Ở Trung Quốc, một nhóm phản ứng khẩn cấp với 2019-nCoV cũng đã được thành lập. Nhóm này đã đưa ra danh sách các thuốc có tiềm năng điều trị 2019-nCoV tại https://mp.weixin.qq.com/s/SyTjhfInWpLGhBpf2cCT8Q (Hình 9).
Hình 9. Một số thuốc được các nhà khoa học Trung Quốc đề xuất sử dụng điều trị 2019-nCoV
Trong số này, lopinavir cũng nằm trong danh sách các chất tiềm năng của nhóm Innophore. Ngày 29/01/2020, lopinavir chính thức được Trung Quốc thử nghiệm điều trị nhiễm 2019-nCoV. Các tác giả đã docking và mô phỏng động lực học phân tử lopinavir với cấu trúc protease dự đoán của 2019-nCoV. Hình dưới đây mô tả 6 cấu dạng gắn kết từ tốt nhất đến kém nhất của lopinavir với đích tác động.
Hình 10. 6 cấu dạng gắn kết của lopinavir với protease giả định của 2019-nCoV
Video mô phỏng động lực học phân tử của lopinavir trong phức hợp LP1 trong 300 pico giây cũng đã được công bố. Thông tin của dự án vẫn đang tiếp tục cập nhật tại website https://innophore.com/2019-ncov/.
Tài liệu tham khảo:
1. Christian C. Gruber, Georg Steinkellner (2020), Wuhan coronavirus 2019-nCoV – what we can find out on a structural bioinformatics level, Preprint posted on 01.02.2020, 18:48
2. Christian C. Gruber, Georg Steinkellner (2020), Comparative model of novel coronavirus 2019-nCoV protease Mpro, Dataset posted on 31.01.2020, 08:12.
3. https://innophore.com/2019-ncov/
4. Wuhan Coronavirus (2019-nCoV) Global Cases (by John Hopkins CSSE)
Tan Thanh MAI 