Infekcje pasożytnicze były notorycznie trudne do leczenia i jako takie stały się zagrożeniem dla zdrowia publicznego w wielu częściach świata. Jedna z takich infekcji, zwana chorobą Chagasa, była pierwotnie ograniczona do części Ameryki Łacińskiej i Południowej; jednakże podróże po świecie rozprzestrzeniły chorobę, która jest obecnie endemiczna w około 20 krajach i zaczyna wkraczać w granice Stanów Zjednoczonych. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) szacuje, że 10 milionów do 13 milionów ludzi jest przewlekle zakażonych, około 90 milionów ludzi jest narażonych na ryzyko infekcji, a prawie 21 000 osób umiera każdego roku w jej wyniku, co sprawia, że skuteczne leczenie jest koniecznością.

Teraz badacze z Advanced Computational Drug Discovery Unit w Tokyo Tech i School of Tropical Medicine and Global Health na Uniwersytecie Nagasaki właśnie ustanowili multimodalne zintegrowane podejście do opracowania potencjalnych nowych terapii przeciw Chagasowi poprzez połączenie zasad projektowania leków opartych na strukturze 3D z metodami testowania in vitro i krystalografią rentgenowską. Podejście to zawęża zakres potencjalnych kandydatów na leki w sposób bardziej efektywny. Wyniki nowego badania zostały opublikowane dzisiaj w Scientific Reports w artykule zatytułowanym „In Silico, In Vitro, X-Ray Crystallography, and Integrated Strategies for Discovering Spermidine Synthase Inhibitors for Chagas Disease.”

Choroba Chagasa jest wywoływana przez pasożyta Trypanosoma cruzi i jest przenoszona na ludzi przez krwiopijne robaki z rodzaju Triatomine, które są powszechnie określane jako „całujące robaki” lub „robaki wampiry”. Obecne metody leczenia choroby są w dużej mierze skuteczne w pierwszej fazie (ostrej) infekcji, ale mają znacznie zmniejszoną skuteczność w późniejszej fazie (przewlekłej) choroby Chagasa. Ponadto, leki te, które zostały opracowane w latach 60-tych XX wieku, wiążą się z poważnymi działaniami niepożądanymi.

Insekty Triatominae, znane również jako pluskwy konenozy, pluskwy całujące, pluskwy zabójcy lub pluskwy wampiry, przenoszą pasożyta T. cruzi.

W bieżącym badaniu naukowcy wykorzystali wirtualne przesiewanie przez TSUBAME w Tokyo Tech, jeden z najlepszych na świecie, wielkoskalowych superkomputerów. Wybrali docelowe białko, syntazę spermidyny (SpdSyn) T. cruzi, w oparciu o specyficzne cechy strukturalne i właściwości wskazujące na jego znaczenie dla przeżycia u innego gatunku Trypanosoma. Jeśli białko jest wymagane do przeżycia gatunku, hamowanie tego białka mogłoby stanowić potencjalny mechanizm działania leku o aktywności przeciwko pasożytowi wywołującemu chorobę Chagasa.

„Aby opracować nowy lek przeciwko chorobie Chagasa, wirtualnie przesiewaliśmy 4,8 miliona małych cząsteczek przeciwko syntazie spermidyny (SpdSyn) jako białku docelowemu przy użyciu naszego superkomputera 'TSUBAME2.5′ i przeprowadziliśmy testy enzymatyczne in vitro w celu określenia wartości pół-maksymalnego stężenia hamującego”, napisali autorzy. „Zidentyfikowaliśmy cztery uderzające związki, które hamują T. cruzi SpdSyn (TcSpdSyn) poprzez badania in silico i in vitro. Określiliśmy również strukturę kompleksu TcSpdSyn-hit compound za pomocą krystalografii rentgenowskiej, która pokazuje, że hit compound wiąże się z miejscem wiążącym putrescynę i oddziałuje z Asp171 poprzez mostek solny.”

Zespół badawczy skupił się na SpdSyn jako białku docelowym, pochodzącym z wewnętrznego systemu internetowego iNTRODB, który ułatwia wybór białek docelowych leków dla zaniedbanych chorób tropikalnych, w szczególności dla trypanosomiozy. System ten dostarcza informacji na temat białek trypanosomalnych z przydatnymi adnotacjami, w tym struktury białek z Protein Data Bank (PDB) i inhibitorów białek z ChEMBL.

Po dokonaniu selekcji, potencjalne inhibitory kandydatów na leki zostały zidentyfikowane poprzez wyszukiwanie znane jako symulacja dokowania – podejście do projektowania leków oparte na strukturze, wykorzystujące symulacje 3D do obliczeniowego dopasowania związków leków do SpdSyn. Zespół z powodzeniem zidentyfikował cztery związki podobne do leków, które były wirtualnymi „dopasowaniami”, a następnie ocenił ich aktywność inhibicyjną in vitro i porównał wyniki z wynikami kontroli pozytywnej. Aby dokładniej zbadać potencjalną aktywność i wiązanie, badacze zastosowali krystalografię rentgenowską w celu potwierdzenia tych czterech związków w kompleksie ze strukturą białka. Poprzez analizę interakcji dla każdego związku badacze odkryli, że wszystkie cztery związki oddziaływały z proponowanymi docelowymi miejscami wiązania poprzez ten sam aminokwas, Asp171. Ponadto, symulacja molekularna zasugerowała dodatkowe miejsca interakcji dla każdego związku, które nie zostały przewidziane przez symulację dokowania.

Zespół badawczy uważa, że wyniki badania wskazują na obietnicę, że symulacja dokowania posiada dla identyfikacji potencjalnych, podobnych do leków inhibitorów białka docelowego i terapii dla choroby Chagasa. Mają nadzieję wykazać ogólną możliwość zastosowania ich podejścia, otwierając drzwi do odkrycia terapii dla innych chorób.

.