Reutilización de Fármacos Aprobados por FDA para Inhibir la Proteasa Principal del SARS-CoV-2: Análisis de Cribado Virtual

Blanco en la Proteasa Principal del SARS-CoV-2

Desarrollar un antiviral novedoso es costoso y lento. En medio de una pandemia global, la necesidad urgente es identificar fármacos que detengan la replicación viral rápidamente. La reutilización de fármacos —aprovechar medicamentos ya probados seguros en humanos— ofrece un atajo prometedor. Mientras que fármacos únicos pueden proveer beneficios modestos, combinaciones estratégicas que ataquen múltiples proteínas virales, como en terapia del VIH, podrían rendir ganancias clínicas sustanciales. La pregunta clave: ¿qué combinaciones serán más efectivas contra el SARS-CoV-2?

Nuestro estudio se centra en la arquitectura del sitio activo de la proteasa, comparándola con la bien caracterizada proteasa del SARS-CoV unida a inhibidores micromolares. Este insight estructural guía el diseño de inhibidores potentes para el SARS-CoV-2.

Luego realizamos un cribado virtual de una biblioteca de fármacos aprobados por FDA para identificar moléculas predichas para unir la proteasa y evaluar su potencial en terapias combinadas.

Proteínas del SARS-CoV-2

La rápida secuenciación de genomas virales de pacientes proveyó secuencias de numerosos blancos potenciales. Muchas de estas proteínas comparten alta similitud con homólogos del SARS-CoV, permitiendo modelos de homología iniciales. A medida que estructuras experimentales (Rayos X, Cryo-EM) se vuelven disponibles, refinan nuestra comprensión de sitios drogables.

Entre coronavirus, la proteasa principal (Mpro, también conocida como Proteasa 3CL) es un blanco de fármaco líder. Junto a proteasas tipo papaína, Mpro escinde la poliproteína 1ab en 11 sitios definidos, proceso esencial para maduración viral.

Inhibir Mpro bloquea la replicación. Como ninguna proteasa humana comparte su especificidad de escisión, los inhibidores son menos propensos a exhibir toxicidad off-target.

Diseño Basado en Estructura para Reutilización: Mpro

Mpro funciona como homodímero (Fig. 2), cada subunidad conteniendo una díada catalítica His41/Cys145.

La proteasa del SARS-CoV-2 comparte 96,1 % de identidad y 99 % de similitud con su ancestro SARS-CoV. Solo un residuo difiere en el sitio activo: posición 46 es Serina en lugar de Alanina (Fig. 3).

Numerosas estructuras de Mpro del SARS-CoV complejadas con inhibidores micromolares están disponibles; los ligandos más potentes son covalentes. El sitio activo se subdivide en cuatro sub-sitios (S1′, S1, S2, S4) que acomodan diversos quimiotipos.

En complejos de alta afinidad (PDB 2ZU4 y 2GX4; Ki = 0,038 µM y 0,053 µM), el tiol de cisteína 145 forma un enlace covalente con el inhibidor, subrayando la importancia del compromiso covalente para unión fuerte.

El análisis detallado de estas interacciones informa los contactos clave a monitorizar en estudios de acoplamiento.

Flujo de Trabajo de Cribado Virtual

Usando la estructura cristalina a 2,5 Å del dímero de proteasa del SARS-CoV-2 unido al inhibidor covalente N3 (PDB 6LU7) liberado en febrero, realizamos un cribado virtual sistemático. N3 ocupa el bolsillo de unión al sustrato en conformación extendida (Fig. 5).

Nuestra biblioteca comprendía 2.684 fármacos aprobados por FDA con peso molecular < 800 Da. El acoplamiento se realizó con GOLD (CCDC), seguido de cálculos de energía libre de unión usando CHARMM/GBMV. Cada pose sufrió minimización de ligando in-situ (esfera 14 Å) y estimación de entropía de ligando. Muchos compuestos con mejor puntuación fueron conocidos inhibidores de proteasas VIH/HCV (Fig. 6).

El mejor candidato, Troxerutina —un flavonoide— puntuó alto. Los flavonoides tienen documentada actividad inhibidora de proteasas; valores IC₅₀ recientes para herbacetina, rhoifolina y pectolinarina contra SARS-CoV fueron 33,17, 27,45 y 37,78 µM, respectivamente.

Dipiridamol (Fig. 7) ocupó el quinto puesto. Un preprint reciente reporta su capacidad para suprimir replicación de HCoV-19 con EC₅₀ de 100 nM in vitro.

Estudios de preprint de inhibidores de proteasa VIH apoyan además actividad contra SARS-CoV-2. Nelfinavir, por ejemplo, inhibió replicación viral en células Vero E6.

Ritonavir y Lopinavir, ambos interactuando con residuos catalíticos y cadenas laterales clave adicionales (GLU166, PRO168, GLN189), están bajo investigación clínica. Sin embargo, datos IC₅₀ para estos agentes contra SARS-CoV-2 permanecen no disponibles.

Atazanavir también muestra actividad en células infectadas, reduciendo replicación viral y producción de citoquinas proinflamatorias. Una estructura recién liberada (PDB 6W63) con inhibidor X77 comparte orientación similar del sitio de unión a 6LU7; re-acoplamiento confirmó predicciones comparables.

Implicaciones y Direcciones Futuras

Con cuatro sub-sitios, el bolsillo Mpro puede acomodar ligandos diversos con afinidad moderada. El cribado virtual sirve así como herramienta poderosa para identificar inhibidores candidatos y elucidar sus modos de unión.

Estas hipótesis computacionales requieren validación experimental —medidas IC₅₀, acoplamiento covalente y perfilado farmacocinético— para desarrollar terapéuticos clínicamente viables. Los inhibidores covalentes, en particular, a menudo exhiben potencia superior y acción prolongada, haciéndolos candidatos atractivos.

En última instancia, este trabajo proporciona una hoja de ruta rápida guiada por estructura para reutilizar fármacos existentes contra COVID-19, facilitando la urgente traducción del banco al lecho del paciente.

Agradecemos al Centro de Datos Cristalográficos de Cambridge por acceso a GOLD; su eficacia probada en cribado virtual y optimización de candidatos sustenta este estudio. Una interfaz a GOLD está disponible dentro de Discovery Studio.