Parazitární infekce jsou notoricky obtížně léčitelné, a proto se staly hrozbou pro veřejné zdraví v mnoha částech světa. Jedna z takových infekcí, nazývaná Chagasova choroba, byla původně omezena na části Latinské a Jižní Ameriky, avšak cestování po celém světě způsobilo rozšíření této nemoci, která je nyní endemická přibližně ve 20 zemích a začíná zasahovat i na hranice USA. Světová zdravotnická organizace (WHO) odhaduje, že 10 až 13 milionů lidí je chronicky infikováno, přibližně 90 milionů lidí je vystaveno riziku infekce a téměř 21 000 lidí každoročně v jejím důsledku umírá, takže účinná léčba je nutností.

Nyní výzkumníci z Advanced Computational Drug Discovery Unit na Tokyo Tech a School of Tropical Medicine and Global Health na Nagasaki University právě vytvořili multimodální integrovaný přístup k vývoji potenciálních nových anti-Chagasových terapií kombinací principů 3D návrhu léků na základě struktury s metodami testování in vitro a rentgenovou krystalografií. Tento přístup účinněji zužuje okruh potenciálních kandidátů na léčiva. Výsledky nové studie byly dnes zveřejněny v časopise Scientific Reports v článku nazvaném „In Silico, In Vitro, X-Ray Crystallography, and Integrated Strategies for Discovering Spermidine Synthase Inhibitors for Chagas Disease.“

Chagasova choroba je způsobena parazitem Trypanosoma cruzi a na člověka se přenáší prostřednictvím triatominních krev sajících brouků, kteří jsou běžně označováni jako „líbající brouci“ nebo „upíří brouci“. Současná léčba této nemoci je do značné míry účinná v první fázi (akutní) infekce, ale v další fázi (chronické) Chagasovy nemoci má výrazně sníženou účinnost. Navíc jsou tyto léky, které byly vyvinuty v 60. letech 20. století, spojeny se závažnými nežádoucími účinky.

Hmyz rodu Triatominae, známý také jako brouci kuželozubí, brouci líbající, brouci zabijáci nebo brouci upíři, přenáší parazita T. cruzi.

V současné studii vědci použili virtuální screening pomocí TSUBAME na Tokijské technice, což je jeden z nejlepších, rozsáhlých superpočítačů na světě. Svůj cílový protein, spermidin syntázu T. cruzi (SpdSyn), vybrali na základě specifických strukturních rysů a vlastností naznačujících jeho význam pro přežití u jiného druhu Trypanosoma. Pokud je protein nezbytný pro přežití daného druhu, mohla by inhibice tohoto proteinu představovat potenciální mechanismus účinku léku s aktivitou proti parazitovi, který způsobuje Chagasovu chorobu.

„Abychom vyvinuli nové léčivo proti Chagasově chorobě, provedli jsme virtuální screening 4,8 milionu malých molekul proti spermidin syntetáze (SpdSyn) jako cílovému proteinu pomocí našeho superpočítače ‚TSUBAME2.5‘ a provedli jsme enzymové testy in vitro, abychom určili hodnoty polomaximální inhibiční koncentrace,“ napsali autoři. „Pomocí in silico a in vitro screeningu jsme identifikovali čtyři hitové sloučeniny, které inhibují T. cruzi SpdSyn (TcSpdSyn). Určili jsme také strukturu komplexu TcSpdSyn a hitové sloučeniny pomocí rentgenové krystalografie, která ukazuje, že hitová sloučenina se váže na vazebné místo putrescinu a interaguje s Asp171 prostřednictvím solného můstku.“

Výzkumný tým se zaměřil na SpdSyn jako cílový protein, jehož zdrojem byl interní webový systém iNTRODB, který usnadňuje výběr cílových proteinů léčiv pro zanedbávané tropické nemoci, zejména pro trypanosomózu. Tento systém poskytuje informace o trypanosomálních proteinech s užitečnými anotacemi, včetně struktury proteinu z Protein Data Bank (PDB) a proteinových inhibitorů z ChEMBL.

Po výběru byly potenciální kandidáti na inhibitory léčiv identifikováni pomocí screeningového vyhledávání známého jako simulace dokování – přístup návrhu léčiv založený na struktuře využívající 3D simulace k výpočetnímu přiřazení sloučenin léčiv ke SpdSyn. Tým úspěšně identifikoval čtyři sloučeniny podobné léčivům, které byly virtuálními „shodami“, poté vyhodnotil jejich inhibiční aktivitu in vitro a porovnal výsledky s výsledky pozitivní kontroly. Pro další testování potenciální aktivity a vazby použili badatelé rentgenovou krystalografii, aby potvrdili tyto čtyři sloučeniny v komplexu se strukturou proteinu. Pomocí interakčních analýz pro každou sloučeninu vědci zjistili, že všechny čtyři sloučeniny interagují s navrhovanými cílovými vazebnými místy prostřednictvím stejné aminokyseliny Asp171. Molekulární simulace navíc navrhla další interakční místa pro každou sloučeninu, která nebyla předpovězena simulací dokování.

Výzkumný tým se domnívá, že výsledky studie svědčí o tom, že simulace dokování slibuje identifikaci potenciálních inhibitorů cílového proteinu podobných léčivům a terapii Chagasovy choroby. Doufají, že se jim podaří prokázat obecnou použitelnost svého přístupu a otevřít tak dveře k objevování léčebných postupů pro další nemoci.

.