Вчені СПбДУ досліджують пептид, потенційно здатний заблокувати коронавірус

Група вчених Санкт-Петербурзького університету, Інституту цитології РАН і Університету Цинхуа (КНР) почала досліджувати пептид, потенційно здатний заблокувати пов'язування коронавірусу SARS-CoV-2 з клітинами людини. Якщо експерименти виявляться вдалими, то в майбутньому пептид можна буде використовувати для створення ліків від COVID-19.

Для вторгнення в клітини людського організму коронавіруси, в тому числі і SARS-CoV-2, використовують так звані шипи. За допомогою цих «шипів», що утворюються на поверхні вірусу спеціальним білком, вірус стикується з людською кліткою.

Для стикування використовується один з численних типів білків-рецепторів на поверхні людської клітини. У випадку з SARS-CoV-2 це ангіотензинпревращающий фермент 2 (angiotensin-converting enzyme 2, ACE2).

Наприкінці березня китайські вчені опублікували кристалічну структуру цього ферменту в комплексі з рецептор-зв'язуючим доменом вірусного білка- «шипу», що дозволило дослідникам з Массачусетського технологічного інституту (США) ідентифікувати фрагмент ACE2, з яким зв'язується вірус.

Це пептид з 23 амінокислотних залишків (IEEQAKTFLDKFNHEAEDLFYQS). За задумом творців пептида, він повинен блокувати сайт зв'язування білка- «шипу», тим самим позбавляючи вірус можливості «стикуватися» з ACE2 і проникати в клітини людського організму.

Відповідно до такої інтерпретації автори назвали свій пептид spike-binding peptide 1 (SBP1). Вивченням даного пептида і зайнялися вчені СПбДУ спільно з колегами з Цинхуа та Інституту цитології РАН.

«Ідея створити такий пептид могла з'явитися тільки після публікації структури комплексу ACE2 з білком-» шипом «коронавірусу, тому що, тільки бачачи структуру комплексу двох білків, можна ідентифікувати в складі одного білка невеликий фрагмент, який міг би зв'язуватися з другим білком», - пояснила співробітник кафедри біохімії СПбГУ і лабораторії біомолекулярного ЯМР Інституту трансляційної біомедицини СпБачева.

При створенні пептидів не завжди можна спрогнозувати їх фізико-хімічні властивості, і тому часто виявляється, що запропонований пептид може неспецифічно зв'язуватися з іншими білками людини або ліпідами клітинних мембран, тобто робити не тільки те, для чого він був спрямований в організм.

"Пептид з такими властивостями як мінімум марний, так як навряд чи добереться до своєї мішені. Зазвичай так поводяться гідрофобні пептиди. SBP1 не гідрофобен, але ми обов'язково будемо його перевіряти на неспецифічне пов'язування з низкою тестових білків. Ймовірність того, що SBP1 специфічно, тобто як ключ до замку, підійде до якогось стороннього рецептора і зможе запустити якісь непередбачені процеси в клітці, дуже мала, але повністю виключити її теж не можна. Зазвичай ці ефекти видно вже на стадіях клітинних експериментів і експериментів на тваринах ", - розповіла Ольга Рогачова.

Дослідження проводяться науковими співробітниками лабораторії біомолекулярного ЯМР СПбДУ Ольгою Рогачовою, Дмитром Лузиком та Іриною Тюряєвою - в тому числі на базі ресурсного центру «Магнітно-резонансні методи дослідження» Наукового парку СПбДУ. Клітинні експерименти передбачається проводити на базі Інституту цитології РАН.

Частина роботи в рамках робочої співпраці виконується в лабораторії професора Ї Шу в університеті Цинхуа в Китаї. Керує проектом завідувач лабораторією біо-ЯМР професор Микола Скринніков.

"Наша лабораторія вже займалася дослідженням білок-пептидних комплексів, тому у нас є деякий досвід вирішення подібних завдань. Спочатку ми вивчаємо зв'язування пептида з білком «у пробірці» методом ядерного магнітного резонансу і на комп'ютерній моделі методом молекулярної динаміки. Головна мета цих експериментів - довести, що пептид пов'язується з потрібним нам сайтом на поверхні білка і що це зв'язування досить сильне. Також на цій стадії ми перевіряємо пептид на здатність неспецифічно взаємодіяти з іншими білками. Якщо пептид успішно проходить всі ці тести, ми починаємо дослідження на клітинних культурах. На жаль, зараз з усього спектру методів нам доступне тільки комп'ютерне моделювання. Робота в лабораторії в даний момент припинена у зв'язку з карантином ", - сказала Ольга Рогачова.

На даному етапі дослідники запустили молекулярне моделювання зв'язування пептида SBP1 з білком АСЕ2 і замовили все необхідне для експериментів «в пробірці».

Якщо блокуючі властивості SBP1 підтвердяться, а також вдасться довести відсутність неспецифічного зв'язування пептида з іншими білками, потенційно він може бути використаний для створення ліків від COVID-19.

Причому, як стверджують вчені, навіть можливі мутації вірусу не повинні стати перешкодою для подальшої роботи.

"Блокувати вірусні білки - не найпопулярніша стратегія, тому що віруси постійно мутують і в якийсь момент створена молекула може перестати зв'язуватися з вірусним білком. Але SBP1 вирізаний з ACE2 людини, тому якщо через якісь мутації білок- «шип» перестане зв'язуватися з SBP1, то такий «шип» позбудеться і здатності ефективно зв'язуватися з ACE2 і даний штам SARS-CoV-2 вже не буде небезпечним для людей. З іншого боку, якщо колись з'явиться новий коронавірус, що використовує ACE2 для входу в клітку, то SBP1 буде застосовано і проти нього ", - зазначила Ольга Рогачова.

Найчастіше коронавіруси проникають в організм людини через дихальну систему. Проте попередні дані свідчать, що якраз у дихальній системі ген ace2 експресується слабо.

"Ймовірно, з цим пов'язана несприйнятливість більшості людей до SARS-CoV-2. Якщо ж дивитися більш детально по відділах дихальної системи, то максимальна експресія гена ace2 виявляється в носовій порожнині, а мінімальна в альвеолах легенів. Це означає, що у більшості хворих буде спостерігатися тільки нежить, а в легенях цих людей SARS-CoV-2 розмножуватися просто не зможе.

-Однако важкі випадки COVID-19 говорять про те, що при деяких станах експресія гена ace2 в легенях зростає. Тоді розмноження SARS-CoV-2 в легенях може призвести до пневмонії, а в разі неадекватної реакції імунної системи - і до гострого респіраторного дистрес-синдрому. Блокування взаємодії білка- "шипу" SARS-CoV-2 і ACE2 на ранніх стадіях захворювання у таких людей могло б знизити їхню вразливість до вірусу запобігти важкому перебігу хвороби ", - уточнила Ольга Рогачова.

Оскільки на початкових стадіях хвороби вірус розмножується в клітинах дихальної системи і в кров не потрапляє, то оптимальними способами доставки SBP1, на думку вчених, можуть стати інгаляційний та інтраназальний.

"Доцільність використання блокаторів взаємодії білка-" шипа "і ACE2 на стадії гострого респіраторного дистрес-синдрому треба досліджувати окремо. За моїми уявленнями, в цьому випадку велику користь повинні принести регулятори імунних реакцій ", - додала Ольга Рогачова.

На її думку, перспективи стати медикаментом у SBP1 є, але говорити зі 100-відсотковою впевненістю про нього як майбутні ліки рано. Однак, зазначила дослідник, оптимізм вселяють клінічні дослідження рекомбінантної немембранної форми ACE2 для лікування COVID-19.

"SBP1, за даними його творців, лише трохи поступається ACE2 у зв'язуванні білка-" шипу ". Водночас, на відміну від ACE2, він не повинен брати участь у жодних процесах в організмі людини. В ідеалі, якщо все це підтвердиться, у SBP1 є шанси дійти до клінічних досліджень в якості недорогих і безпечних ліків, активного по відношенню до всіх коронавірусів, що використовують для входу в клітку ACE2.

-На жаль, в реальності лише небагатьом розробкам вдається подолати весь шлях від лабораторних експериментів до аптечної полиці і цей шлях займає дуже багато часу. Ті методи, які використовуємо ми, дозволять однозначно вирішити, чи варто починати з SBP1 експерименти на тваринах чи ні. На даний момент відповідь на це питання дійсно актуальна ", - підсумувала Ольга Рогачова.