Le infezioni parassitarie sono state notoriamente difficili da trattare e come tali sono diventate una minaccia alla salute pubblica in molte parti del mondo. Una di queste infezioni, chiamata malattia di Chagas, era originariamente confinata a parti dell’America Latina e del Sud; tuttavia, i viaggi in tutto il mondo hanno diffuso la malattia, che ora è endemica in circa 20 paesi e comincia a invadere i confini degli Stati Uniti. L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) stima che da 10 a 13 milioni di persone sono cronicamente infette, circa 90 milioni di persone sono esposte al rischio di infezione e quasi 21.000 persone muoiono ogni anno come risultato, rendendo il trattamento efficace una necessità.

Ora, i ricercatori della Advanced Computational Drug Discovery Unit del Tokyo Tech e della School of Tropical Medicine and Global Health dell’Università di Nagasaki hanno appena stabilito un approccio integrato multimodale per sviluppare potenziali nuove terapie anti-Chagas, combinando i principi della progettazione di farmaci basati sulla struttura 3D con metodi di test in vitro e cristallografia a raggi X. Questo approccio restringe la gamma di potenziali candidati alla droga in modo più efficiente. I risultati del nuovo studio sono stati pubblicati oggi in Scientific Reports in un articolo intitolato “In Silico, In Vitro, X-Ray Crystallography, and Integrated Strategies for Discovering Spermidine Synthase Inhibitors for Chagas Disease.”

La malattia di Chagas è causata dal parassita Trypanosoma cruzi ed è trasmessa agli esseri umani attraverso le triatomine che succhiano il sangue e che sono comunemente chiamate “cimici che baciano” o “cimici vampiro”. Gli attuali trattamenti per la malattia sono ampiamente efficaci nella prima fase (acuta) dell’infezione, ma hanno un’efficacia notevolmente diminuita nella fase successiva (cronica) della malattia di Chagas. Inoltre, questi farmaci, che sono stati sviluppati negli anni ’60, sono associati a gravi effetti avversi.

L’insetto Triatominae, noto anche come cimici conenose, cimici baciatrici, cimici assassine, o cimici vampiro, portano il parassita T. cruzi.

Nello studio attuale, i ricercatori hanno utilizzato lo screening virtuale di TSUBAME al Tokyo Tech, uno dei migliori supercomputer su larga scala del mondo. Hanno selezionato la loro proteina bersaglio, la spermidina sintasi di T. cruzi (SpdSyn), sulla base di specifiche caratteristiche strutturali e proprietà che indicano la sua importanza per la sopravvivenza in un’altra specie di Trypanosoma. Se la proteina è necessaria per la sopravvivenza di una specie, inibire quella proteina potrebbe essere un potenziale meccanismo d’azione per un farmaco con attività contro il parassita che causa la malattia di Chagas.

“Per sviluppare un nuovo farmaco anti-Chagas, abbiamo virtualmente vagliato 4,8 milioni di piccole molecole contro la spermidina sintasi (SpdSyn) come proteina bersaglio utilizzando il nostro supercomputer ‘TSUBAME2.5’ e condotto saggi enzimatici in vitro per determinare i valori di concentrazione inibitoria semimassima”, hanno scritto gli autori. “Abbiamo identificato quattro composti che inibiscono T. cruzi SpdSyn (TcSpdSyn) attraverso uno screening in silico e in vitro. Abbiamo anche determinato la struttura del complesso TcSpdSyn-hit compound utilizzando la cristallografia a raggi X, che mostra che il composto colpito si lega al sito di legame della putrescina e interagisce con Asp171 attraverso un ponte salino.”

Il team di ricerca si è concentrato su SpdSyn come proteina bersaglio, proveniente dal sistema web in-house iNTRODB, che facilita la selezione delle proteine bersaglio dei farmaci per le malattie tropicali trascurate, in particolare per la tripanosomiasi. Questo sistema fornisce informazioni sulle proteine tripanosomiali con annotazioni utili, compresa la struttura della proteina dalla Protein Data Bank (PDB) e gli inibitori della proteina da ChEMBL.

Dopo la selezione, sono stati identificati potenziali inibitori di farmaci candidati attraverso una ricerca di screening nota come simulazione di docking, un approccio di progettazione di farmaci basato sulla struttura che utilizza simulazioni 3D per abbinare computazionalmente i composti di farmaci a SpdSyn. Il team ha identificato con successo quattro composti simili a farmaci che erano “corrispondenti” virtuali, poi ha valutato la loro attività di inibizione in vitro e ha confrontato i risultati con quelli di un controllo positivo. Per testare ulteriormente la potenziale attività e il legame, i ricercatori hanno impiegato la cristallografia a raggi X per confermare questi quattro composti in complesso con la struttura della proteina. Attraverso le analisi di interazione per ogni composto, i ricercatori hanno scoperto che tutti e quattro i composti hanno interagito con i siti di legame proposti attraverso lo stesso aminoacido, Asp171. Inoltre, la simulazione molecolare ha suggerito ulteriori siti di interazione per ogni composto che non è stato previsto dalla simulazione di docking.

Il team di ricerca ritiene che i risultati dello studio siano indicativi della promessa che la simulazione di docking ha per l’identificazione di potenziali inibitori della proteina bersaglio e delle terapie per la malattia di Chagas. Sperano di dimostrare l’applicabilità generale del loro approccio, aprendo le porte alla scoperta di trattamenti per altre malattie.