望石智慧:靶向RNA聚合酶核苷类化合物抑制2019-nCoV潜在应用的再发现

 

 

针对新型冠状病毒(2019-nCoV)的药物筛选,望石智慧进一步利用蛋白同源建模、计算化学虚拟筛选技术及基于AI的自研化合物筛选技术(对应技术方法见后文实验方法简介),发现二十余个核苷母核分子在末端三磷酸化后均可能对2019-nCoV病毒RNA聚合酶具有潜在的抑制作用。
望石智慧特此向科研院所及生物医药企业免费公开上述研究所有相关数据和报告。受篇幅限制,这里仅展示部分结构较有代表性的核苷母核分子。

 

 

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(2019-nCoV RDRP - GS-5734复合物模型及配体-受体相互作用图示)

 

 

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(专利中已存在的部分潜在具有抑制2019-nCoV RNA聚合酶的代表性核苷母核结构)

 

 

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(2019-nCoV RDRP - WO2003093290样例分子复合物模型及配体-受体相互作用图示)

 

上述分子已在抗流感及抗HCV等方面进行了活性研究,包括前药策略的成药性基础研究,且合成可及性已经验证,这将为其二次开发带来更多便利。

本次实验方法简介

(1)  蛋白同源建模


蛋白建模前使用HMM-HMM进行同源关系的多序列比对分析,确定了以SARS病毒 nsp 12 (PDB code: 6NUR_A)和Norwalk病毒的RdRp结构(3BSO)为模板为基础进行建模。具体方法如下:在6NUR_A的基础上, 参考SARS病毒 nsp 12 (PDB code: 6NUR_A)与2019-nCoV RdRp (Gene Bank code: YP_009725307.1)的氨基酸一级序列差异,通过单点突变的方法,获得初始2019-nCoV RdRp三维结构。针对初始2019-nCoV RdRp结构的NTP结合区域:612-626,678-688,758-763,我们参照3BSO的CTP结合位点的对应构象进行约束,同时,我们也约束Mn2+离子与2019-nCoV RdRp的关键氨基酸残基(D618,Y619,D761,D760)螯合;针对2019-nCoV RdRp 的RNA模板&引物的结合区域,我们参照3BSO的双链RNA结合区域的构象进行约束。建模过程中保留3BSO中的RNA,金属离子和关键溶剂分子。建模结束后,突变RNA链的C515分别为U、G、A,获得包括C在内的四个模型。
 


(2)  分子对接
分子对接过程中,强制GS-5734活性状态的三磷酸部分与Mn2+离子保持正确的螯合,其余部分允许自由摆放。对接获得的2019-nCoV RdRp (U)与GS-5734复合物进行下一步的分子动力学模拟。

 


(3)  分子动力学模拟


将2019-nCoV RdRp (U)与GS-5734复合物在Charmm-GUI中进行参数化、溶剂化和电荷平衡,最后使用在GPU上进行一个短的600ps的NPT模拟对复合物进行能量优化和对氢键优化。最终选择模拟中的稳定构象用于后续对接。
 


(4) 虚拟筛选
将从专利获得的超过1400个化合物进行预处理,其方式为实施例化合物中的通过前药设计策略引入的官能团部分去除,并在糖环末端羟基进行了三磷酸化处理以便于计算化学工具使用,去重后总计450多个分子,并在2019-nCoV RdRp (U)模型上使用分子对接进行虚拟筛选,在2019-nCoV RdRp (A、C、G)上进行Ensemble Docking并结合望石智慧自主开发的基于AI技术的预测模型汇总筛选结果。

 


望石智慧希望通过数据和研究内容的分享为抵御冠状病毒的基础研究尽微薄之力。只有足够扎实的基础研究,在疫情下次突然来袭的时候,我们才能有更充分的应对策略。
 


特别感谢所有参与此项目的项目组成员,感谢北京大学刘振明博士为本项目提供的支持与帮助。

 

 

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2020-02-06 15:15