Design and evaluation of potential viral methyltransferase inhibitors

Abstract

A global pandemic of SARS-CoV-2 confirmed the pandemic potential of the Coronaviridae family and pointed out the need for novel antiviral drugs. The SARS-CoV-2 pandemic has been tamed thanks to mRNA vaccines; however, monoclonal antibodies and small molecules such as nirmatrelvir (protease inhibitor), remdesivir (polymerase inhibitor), or molnupiravir (mutagen) are currently also available. It is worth noting that remdesivir and molnupiravir were previously investigated as antivirals against different pathogens. SARS-CoV-2 encodes 16 non-structural proteins, and two of them - methyltransferases (MTases) nsp14 and nsp16 - participate in RNA capping as the virus must mimic the host's mRNA to evade the cellular antiviral sensors (e.g., IFIT1) and replicate. These MTases are structurally very similar to those of SARS-Co-V; therefore, we might expect that inhibitors of SARS-CoV-2 MTases could be used in the future against different coronaviruses. For the reasons mentioned above, this thesis focuses on developing novel MTase inhibitors targeting SARS-CoV-2 nsp14 and nsp16. The design was based on S-adenosyl-L-homocysteine (SAH; endogenous inhibitor of MTases) and an in silico compound library was constructed with various replacements for SAH's amino acid moiety. The potential inhibitory activity was...

Pandemie SARS-CoV-2 potvrdila pandemický potenciál virů z čeledi Coronaviridae a potřebu pro nová antivirotika. V současné době máme v boji proti SARS-CoV-2 k dispozici vakcíny, monoklonální protilátky a nízkomolekulární inhibitory - nirmatrelvir (inhibitor proteázy), remdesivir (inhibitor polymerázy) či molnupiravir (mutagen). Remdesivir a molnupiravir byly původně připraveny jako inhibitory jiných virů, nicméně se ukázaly jako léčiva účinná proti SARS-CoV-2. SARS-CoV-2 kóduje 16 nestrukturních proteinů a dva z nich - methyltransferázy (MTázy) nsp14 a nsp16 - se podílí na syntéze RNA čepičky. Ta viru umožňuje mimikovat hostitelovy mRNA, vyhnout se tak antivirovým senzorům (např. IFIT1) a úspěšně se replikovat. Vzhledem ke strukturní podobnosti nsp14 a nsp16 s MTázami SARS-CoV, lze předpokládat, že inhibitory vyvinuté vůči SARS-CoV-2 by mohly být použity v budoucnu vůči jiným koronavirům. Z výše zmíněných důvodů se tato práce zaměřuje na vývoj nových antivirotik cílících na nsp14 a nsp16 viru SARS-CoV-2. Design inhibitorů byl založen na S-adenosyl-L-homocysteinu (SAH; přirozený inhibitor MTáz), přičemž byla navržena in silico série látek s modifikovaným aminoalkylovým řetězcem. Inhibiční potenciál látek byl testován in silico molekulovým modelováním (docking a scoring) s pomocí softwaru Glide....