Компьютерный прогноз взаимодействия ивеpmеkтина с фибриногеном

budetlyanin108 — 20.07.2023

Гиперкоагуляция и образование обширных и труднолизируемых микросгустков являются отличительной чертой как острого C0 19, так и затяжного C0 19. Фибриноген, превращаясь в фибрин, отвечает за образование сгустка, но аномальные структурные и механические свойства сгустка могут привести к патологическому тромбозу. Недавние экспериментальные данные свидетельствуют о том, что шиповидный белок (SP) коронавируса тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) может напрямую связываться с фактором свертывания крови фибриногеном и индуцировать образование структурно аномальных тромбов с повышенной провоспалительной активностью. Соответственно, в этом исследовании мы использовали молекулярную стыковку и моделирование молекулярной динамики, чтобы изучить потенциальную активность противопаразитарного препарата ивермектина (IVM) для предотвращения связывания SP SARS-CoV-2 с фибриногеном и уменьшения образования микротромбов. Наши результаты вычислений показывают, что IVM может с высокой аффинностью связываться с несколькими сайтами на пептиде фибриногена, при этом связывание более вероятно в центральной, E-области и в спирально-спиральной области, в отличие от глобулярной D-области. Взятые вместе, наши результаты in silico предполагают, что IVM может мешать связыванию SP-фибриногена и потенциально уменьшать образование сгустков фибрина, устойчивых к деградации. Необходимы дополнительные исследования in vitro, чтобы подтвердить, достаточно ли стабильно связывание IVM с фибриногеном, чтобы предотвратить взаимодействие с SP и потенциально уменьшить его тромбовоспалительный эффект in vivo.

...PASC, также известный как длительный COVID, может поражать от 10 до 30% инфицированных SARS-CoV-2 людей и характеризуется множеством длительных симптомов, включая, помимо прочего, одышку, «мозговой туман», воспаление, коагулопатию, непрекращающуюся усталость, неврологические симптомы, такие как потеря обоняния и вкуса, шум в ушах, боль в суставах или мышцах, которые могут усиливаться после физической нагрузки и продолжаться не менее 3 месяцев после острой инфекции [7 , 8 ] .

Несколько исследовательских групп, включая нашу собственную, недавно продемонстрировали, что макроциклический лактон ивермектин (IVM) способен конкурентно связываться с SP и ограничивать его присоединение к клеткам-мишеням-хозяевам [9] .]. Основываясь на этих результатах, взятых вместе с сообщениями о связывании между фибриногеном и SP, мы предполагаем, что IVM может иметь аналогичную связывающую активность с фибриногеном. В настоящем исследовании исследуются сайты и способы связывания IVM с фибриногеном с помощью молекулярного докинга и моделирования молекулярной динамики, чтобы предсказать его потенциальную способность ограничивать связывание SP-фибриногена и потенциально снижать микросвертывание у пациентов с PASC. Мы выполнили моделирование стыковки белок-белок, чтобы определить, какие остатки участвуют в связывании SP-фибриногена, и оценить, может ли IVM предотвратить связывание, взаимодействуя с теми же остатками на фибриногене.

...

1.2. Образование фибринового сгустка

На рис. 2 представлена ​​схема процесса полимеризации фибрина, состоящего из ряда реакций:

Примечательно, что для COVID-19 [ 14 , 15 , 16 , 17 , 18 ] и PASC (long COVID) [ 19 ] характерно образование микросгустков, состоящих из аномальной амилоидной формы фибрина, что означает, что они представляют собой непористые отложения, образованные плотно спутанными волокнами. Эти сгустки содержат упорядоченную структуру β-листов, которая придает им характерное сродство к флуорогенным амилоидным красителям (таким как краситель Конго красный) и устойчивость к протеолизу [ 20 , 21 ].

1.3.1. Роль SP в микросвертывании

Недавно было замечено, что причина образования этих аномальных тромбов может быть прослежена непосредственно до SP SARS-CoV-2 [ 2 , 22 ]. В частности, Ryu et al., 2021 предложил связывание SP с фибриногеном и фибрином в качестве механизма действия и определил три сайта связывания в цепях Bβ и γ фибриногена [2 ] , показанных на рисунке 3 .

Рисунок 3. Сайты связывания SP, нанесенные на карту в структуре фибриногена (запись PDB 3GHG), идентифицированные Ryu et al., 2021 [ 2 ]. Иллюстрация получена в МЧС v2022.02.

Сайты, картированные на цепи γ, являются частью глобулярного домена D: сайт γ 364–395 охватывает сайт связывания γ 377–395 для рецептора комплемента 3 (CR3), члена семейства интегринов β2, который опосредует функции врожденного иммунного ответа [ 23 , 24 ]; функция пептида γ 163–181 неизвестна. Сайт связывания на цепи Вβ содержит сайты расщепления фибринолитического белка плазмина. Эти результаты могут способствовать объяснению измененных деградационных и воспалительных свойств фибриновых сгустков, связанных с SP.

Ryu et al., 2021 протестировали моноклональное антитело, созданное для эпитопа γ 377–395 . Они обнаружили, что он подавляет воспаление, не влияя на нормальный гемостаз, предполагая, что фармакологический нацеливание на мотив γ 377-395 ингибирует провоспалительное действие SP [ 2 ].

1.3.2. Потенциальное антитромбовоспалительное действие IVM
IVM является перорально биодоступным препаратом, принадлежащим к авермектинам, группе макроциклических лактонов, полученных из продуктов ферментации почвенных бактерий Streptomyces avermitilis [ 25 ]. Одобренный для использования человеком в качестве противопаразитарного препарата Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 1987 году [ 26 ], с тех пор он был использован в дозах 3,7 миллиарда человек [ 27 ] и доказал свою безопасность в дозах, намного превышающих его стандартную дозу 200 мкг/кг [ 28 , 29 ]. Его открытие и успешная борьба с двумя разрушительными глобальными тропическими болезнями были отмечены Нобелевской премией по медицине в 2015 году, а его показатели безопасности были особо отмечены в объявлении о присуждении этой награды [30] .]. Недавнее исследование in silico предсказало сильную или умеренную аффинность связывания IVM и нескольких родственных соединений с несколькими сайтами на SP, что потенциально может мешать его связыванию с клетками-хозяевами [9 ] . В свете этих результатов настоящее исследование исследует гипотезу о том, что стыковка IVM с фибриногеном в местах связывания SP может предотвращать связывание SP с фибриногеном и уменьшать микросвертывание.

1.5. Структура ИВМ

IVM представляет собой смесь двух авермектинов, состоящую примерно из 90 % 5-О-деметил-22,23-дигидроавермектина A1a (22,23-дигидроавермектина B1a) и 10 % 5-O-деметил-25-де(1-метилпропил)-22,23-дигидро-25-(1-метилэтил)авермектина A1a (22,23-дигидроавермектина B). 1b) [ 40 ], обозначаемые далее как IVM_a и IVM_b соответственно . Его структура изображена на рисунке 4 .

Рисунок 4. Структура IVM разделена на дисахаридную, лактонную, спирокетальную и бензофурановую области. Заместитель R в спирокетальной области представляет собой -CH 2 -CH 3 в IVM_a и -CH 3 в IVM_b.

2. Результаты

2.1. Молекулярная стыковка

IVM_a и IVM_b стыковали с фибриногеном в местах связывания, показанных на фиг.5 .

Рисунок 5. Расположение исследованных сайтов связывания на структуре фибриногена. ( а ) E-область и сайты для связывания SP; и ( b ) сайты, идентифицированные с помощью MOE Site Finder на двух половинах структуры, пронумерованные от 1 до 7 в соответствии с ранжированной оценкой склонности к связыванию лиганда (PLB), как указано в приложении MOE 2022.02 Site Finder.

IVM_a в большинстве случаев имеет такие же или более высокие оценки стыковки, чем IVM_b. Из анализа результатов стыковки видно, что IVM, по-видимому, отдает предпочтение центральной Е-области фибриногена, в частности сайту 1, который также был исследован с помощью молекулярной динамики (МД). Стыковка на сайте 1b ( Таблица 4 ) также привела к высоким баллам; эта поза не моделировалась, поскольку она расположена в области спиральной катушки, которая считается слишком гибкой, чтобы ее можно было изолировать. Анализ взаимодействий не выявил какой-либо явной закономерности, хотя было замечено, что все исследованные позы просто участвовали в водородных связях.

Позы с наибольшей оценкой, которые сформировали по крайней мере взаимодействие в сайте 1 области E и в предсказанных сайтах связывания SP в области D, использовались в качестве входных данных для последующего моделирования MD. Их взаимодействия с фибриногеном представлены на рис. 6 .

Рисунок 6. ( а ) Взаимодействия пристыкованной позы IVM_a в сайте 1 центральной области E; ( б ) взаимодействия пристыкованной позы IVM_a в сайте gamma1; и ( c ) взаимодействия пристыкованной позы IVM_a в сайте gamma2.

2.2. Молекулярная динамика

2.2.1. Регион E

На рис. 7а показаны графики среднеквадратичного отклонения (RMSD) области E в комплексе с IVM_a и лиганда отдельно. Усредненные положения трех наиболее заполненных кластеров сравниваются с результатом стыковки на рисунке 7 б.

Рисунок 7. ( а ) Графики RMSD области E в комплексе с IVM_a и лигандом отдельно; и ( б ) визуальное сравнение закрепленной позы (серый) с усредненными позами из трех крупнейших кластеров. Поза, полученная из наиболее густонаселенного кластера, представлена ​​пурпурным цветом, вторая по величине — голубым, а третья — синим. Усредненные структуры кластеров имеют цветовую кодировку в соответствии со среднеквадратичным среднеквадратичным отклонением между ними: зеленый для низких значений и красный для высоких значений.

Как показано на рис. 7b , лиганд не полностью сохраняет пространство, занимаемое закрепленной позой, а углубляется в сайт связывания. В то время как и спирокетальная, и дисахаридная части IVM_a участвуют во взаимодействиях в позе состыковки, в кластерных позах взаимодействует только дисахаридная область. Анализ взаимодействий показал, что как докинговая поза, так и все три кластера образуют водородные связи с остатком CYS3 в N-концевом участке α-цепи. Первый кластер также вступил в контакт с ALA27 и LYS29, которые также участвуют во взаимодействии с позой состыковки.

Другими остатками, участвующими во взаимодействиях в моментальных снимках MD, являются LYS58 и PRO60 в β-цепи.

...

3. Обсуждение

Хотя респираторный эпителий, как правило, является воротами для инфекционного проникновения COVID-19, сосудистые аномалии, в том числе тромбы, составляют основную заболеваемость этим заболеванием [43 , 44 , 45 , 46 , 47 , 48 , 49 , 50 ] . В целом у пациентов с COVID-19 наблюдали обширно поврежденный эндотелий легочных капилляров, примыкающий к относительно интактным альвеолам [ 51 , 52 ], что соответствует клиническим симптомам гипоксемии, сопровождающейся нормальной механикой дыхания у таких пациентов [ 47 , 49 , 50 ,51 , 53 , 54 ]. Еще одна аномалия крови при COVID-19, связанная со свертыванием крови и, возможно, предшествующая ему, — это образование скоплений эритроцитов (эритроцитов) или руло, которые были обнаружены в крови пациентов с COVID-19 в трех исследованиях [55 , 56 , 57 ] . Даже будучи слабо связанными и обратимыми на начальных стадиях, руло вызывают снижение эффективности оксигенации эритроцитов [ 57 , 58 , 59 ] и могут быть ключевой причиной снижения периферического насыщения кислородом, еще одной серьезной ролблемой заболеваемости COVID-19 [ 43 ].

Биохимической основой образования руло в крови пациентов с COVID-19 является связывание гликопротеина СП SARS-CoV-2 (как и СП большинства штаммов коронавируса) с гликанами клетки-хозяина, в частности с остатками терминальной сиаловой кислоты (СК), которые плотно распределены на эритроцитах и ​​других клетках крови [43 ] . In silico было показано, что IVM с высокой аффинностью связывается с гликановыми сайтами SARS-CoV-2 SP [ 9 ], значение этого было подтверждено в недавнем исследовании in vitro [ 60 ]. Человеческие эритроциты, смешанные с SP SARS-CoV-2, вызывали гемагглютинацию (HA), в то время как IVM добавляла одновременно заблокированную HA, а IVM обращала HA при добавлении после ее образования [60] .]. Существует сходство между образованием руло и сгустков крови, покрытых фибрином, включая роль фибриногена в каждом из них [ 61 , 62 , 63 , 64 ] (хотя гемагглютинация происходит, когда эритроциты и SP смешиваются в отсутствие фибриногена [ 60] .]). Поэтому представляло интерес, может ли IVM ограничивать образование тромбов у пациентов с COVID-19 за счет ингибирования связывания между клетками крови, SARS-CoV-2 SP и фибриногеном, аналогично его ингибированию SP-индуцированного образования руло. Связывание IVM с фибриногеном, если оно экспериментально подтверждено моделированием in silico и проверочными исследованиями in vitro, может иметь важные терапевтические последствия для большого числа пациентов с PACS, страдающих длительными и изнурительными симптомами, поскольку снижается образование микросгустков фибрин-амилоида/SP, которые способны блокировать капилляры и ограничивать прохождение эритроцитов [2, 17 , 18 , 19 , 20 , 21 ] .], может значительно увеличить диффузию и экстракцию кислорода в периферической микроциркуляции у пациентов с PACS. Соответственно, в этом исследовании мы использовали молекулярную стыковку и моделирование молекулярной динамики для оценки способности IVM связываться с фибриногеном, основным белком свертывания крови, который, как известно, образует «фибриналоиды» (т.е. фибринамилоидные микросгустки), устойчивые к фибринолизу в микроциркуляторном русле у пациентов с PACS [2 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 ] .

Наши результаты in silico, сравнивающие оценки стыковки двух форм IVM, присутствующих в клинической лекарственной форме, показали, что IVM_a связывается с более высокой прогнозируемой аффинностью, чем IVM_b в большинстве симуляций. Интересно, что мы обнаружили, что IVM предпочтительно связывается с центральной E-областью фибриногена, в частности, с сайтами 1 и 12 ( таблица 3 ). Лучшая поза IVM_a была дополнительно исследована с помощью молекулярной динамики. Было замечено, что лиганд оставался внутри сайта 1 на протяжении всего моделирования, хотя и не сохранял ориентацию пристыкованного положения, как показано на фиг.6 .

Результаты стыковки в сайтах связывания Site Finder, отличных от области E ( таблица 4 ), показали предсказанное предпочтение IVM в отношении спиральных областей фибриногена, хотя связывание в целом было не таким сильным, как в области E.

Стыковка в сайтах связывания SP ( Таблица 5 ) дала промежуточные результаты в отношении показателей связывания; тем не менее, поскольку было предсказано, что эти области взаимодействуют с SP, их также моделировали для оценки стабильности связывания IVM. В случае сайта gamma1 (с центром на остатках 163–181) моделирование показывает замену лиганда в течение первых 5 нс, прежде чем постепенно стабилизироваться на достигнутом режиме связывания.

Проанализированные симуляции в сайте gamma2 (с центром на остатках 377–395) показывают, что лиганд имеет тенденцию занимать то же пространство, что и в симуляции стыковки, хотя с большим количеством флуктуаций и изменений положения. Интересно, что эта область связывания IVM с фибриногеном перекрывается с областью связывания 5B8, моноклонального антитела, нацеленного на криптический воспалительный эпитоп фибрина и способного ингибировать тромбовоспаление, как недавно описано Ryu et al., 2021 [2 ] .

Предсказания, полученные в результате нашего моделирования стыковки белок-белок, продемонстрировали некоторое совпадение с экспериментальными данными Ryu et al., 2021 [ 2 ]. Более того, наше моделирование выявило потенциальное место взаимодействия шиповидного белка в центральной области Е фибриногена.

Наши результаты вычислений показывают, что IVM может с высокой аффинностью связываться с несколькими сайтами на пептиде фибриногена, причем связывание более вероятно в центральной области E, в области спиральной спирали и в сайте gamma1, в отличие от сайта gamma2, в глобулярной области D. В свете предсказанных взаимодействий, полученных в результате моделирования стыковки белок-белок, которые показывают некоторое перекрытие между остатками фибриногена, взаимодействующими как с SP, так и с IVM_a в центральной области E и в глобулярной области D, эти результаты впервые указывают на потенциал IVM, признанного, безопасного и широко используемого противопаразитарного препарата, препятствовать связыванию SP SARS-CoV-2 с фибриногеном. Это вмешательство может потенциально уменьшить образование сгустков фибрина, устойчивых к деградации.65 , 66 , 67 ].

Дополнительные исследования in vitro потребуются для оценки того, является ли связывание IVM с фибриногеном достаточно стабильным, чтобы предотвратить взаимодействие с SP и потенциально снизить его тромбовоспалительный эффект in vivo. Среди них анализы связывания с фибриногеном и альбумином могут быть выполнены для оценки того, влияет ли альбумин на связывание IVM с фибриногеном, учитывая, что 93% IVM связывается с альбумином в крови [68 ] . Можно провести другие экспериментальные испытания, чтобы оценить, уменьшает ли IVM образование тромбов в присутствии SP SARS-CoV-2 и делает ли это при физиологических концентрациях.

...

5. Выводы

Это исследование in silico продолжает недавние экспериментальные данные, которые показывают, что SP SARS-CoV-2 может напрямую связываться с фибриногеном и индуцировать структурно аномальные тромбы с повышенной провоспалительной активностью. Эти сгустки крови являются важными признаками как COVID-19, так и PASC (длительного COVID), которые оба характеризуются гиперкоагуляцией и образованием микросгустков, которые могут ограничивать диффузию кислорода в периферическом кровообращении и могут вызывать такие симптомы, как одышка, «мозговой туман», воспаление и утомляемость, а также приводить к патологическому тромбозу.

Несколько исследовательских групп, в том числе наша собственная, недавно продемонстрировали, что ивермектин способен конкурентно связываться с SP и ограничивать его присоединение к своей клетке-хозяину, и мы предположили, что он может иметь сходную связывающую активность с фибриногеном. Поэтому мы предприняли попытку выяснить на молекулярном уровне возможные сайты и режимы связывания IVM с фибриногеном, чтобы предсказать его потенциальную способность ограничивать связывание SP-фибриногена и потенциально снижать микросвертывание. Наш анализ in silico с использованием как молекулярного докинга, так и моделирования молекулярной динамики показывает, что IVM может связываться с высокой аффинностью к центральной E-области фибриногена и с аффинностью от умеренной до высокой к сайтам связывания SP, экспериментально предсказанным Ryu et al., 2021 [2] .]. Экспериментальное тестирование этих рассчитанных аффинностей связывания поможет определить, действительно ли IVM связывается с фибриногеном, и если да, то обеспечивает ли он указанное ингибирование микросвертывания, связанного с SP.

Computational Prediction of the Interaction of Ivermectin with Fibrinogen

Оставить комментарий

Популярные посты:

diadumenianus

Самые популярные юридические услуги .

t_moshkin

Образование – непозволительная роскошь!

rivka381

Рыбки и психология.

vedmed1969

Тоска по ВСМ

morena_morana

Откуда берутся «жруны»? В моей семье таких историй не было

30_day_photo

День 7. Линии.

tvin270584

Услуги сантехника метро Тютчевская

polikliet

«Тайфун» - безуспешная попытка вермахта взять Москву. 41 фото

colonelcassad

Засудить хомяка

• Ранее
• Архив