Análisis por dinámica molecular atomística de los cambios conformacionales del sitio activo de la proteasa principal Mpro de SARS-CoV-2, mediados por los inhibidores alostéricos RS-102895 y AT7519

Abstract

SARS-CoV-2 is a virus belonging to the Coronaviridae family, Betacoronavirus genus. During the SARS-CoV-2 replication cycle, the main protease Mpro plays a key role by generating a significant number of non-structural proteins that participate in the transcription of the viral genome. This means that inhibition of Mpro would result in disruption of SARSCoV2 replication. This has motivated the search for alternatives other than inhibitors with affinity to the active site. One of these alternatives involves the discovery of compounds with affinity for allosteric sites in the structure of Mpro, in such a way that their binding inhibits its activity by modifying the conformation of the active site. Recently, a screening of Mpro structures co-crystallized with different drugs, resolved by X-ray diffraction, was published, where the authors identified compounds bound to two allosteric sites, designated I and II (Günther et al., 2021). They observed that in the allosteric site I the compound RS-102895 was bound and in the allosteric site II the compound AT7519 was bound. This suggests that binding of a compound to a region other than the active site could affect the catalytic activity of Mpro. This project aims to elucidate how the interaction of RS-102895 at allosteric site I and AT7519 at allosteric site II of Mpro cause inhibition of catalytic activity. For this, an algorithm called “Ohm” was used, which is a network model, through which relevant residues were identified in both allosteric sites which would participate in the conformational changes of the active site. Currently, in conjunction with the results obtained from the RMSF analysis, work was carried out to elucidate the mechanism of allosteric inhibition caused by the binding of these allosteric inhibitors at sites other than the active site of the Mpro protease.

SARS-CoV-2 es un virus perteneciente a la familia Coronaviridae, género Betacoronavirus. Durante el ciclo de replicación de SARS-CoV-2, la proteasa principal Mpro desempeña una función clave generando un número importante de proteínas no estructurales que participan en la transcripción del genoma viral. Esto significa que la inhibición de Mpro provocaría la interrupción de la replicación de SARS-CoV2. Esto ha motivado la búsqueda de alternativas diferentes a los inhibidores con afinidad al sitio activo. Una de estas alternativas involucra el descubrimiento de compuestos con afinidad por sitios alostéricos en la estructura de Mpro, de tal forma que su unión inhiba su actividad al modificar la conformación del sitio activo. Recientemente, se publicó un cribado de estructuras de Mpro co-cristalizadas con diferentes fármacos, resueltas por difracción de rayos X, donde los autores identificaron compuestos unidos a dos sitios alostéricos, denominados I y II (Günther et al., 2021). Observaron que en el sitio alostérico I se unió el compuesto RS-102895 y en el sitio alostérico II se unió el compuesto AT7519. Esto sugiere que la unión de un compuesto a una región diferente al sitio activo podría afectar la actividad catalítica de Mpro. Este proyecto tiene como objetivo dilucidar la manera en que la interacción de RS-102895 en el sitio alostérico I y AT7519 en el sitio alostérico II de Mpro causan inhibición de la actividad catalítica. Para ello se utilizó un algoritmo llamado “Ohm” el cual es un modelo de red, mediante este se identificaron en ambos sitios alostéricos residuos relevantes los cuales participarían en los cambios conformacionales del sitio activo. Actualmente, en conjunto con los resultados obtenidos del análisis de RMSF se trabajó en dilucidar el mecanismo de inhibición alostérica provocado por la unión de estos inhibidores alostéricos en sitios diferentes al sitio activo de la proteasa Mpro.