1
|
Azevedo PHRDA, Camargo PG, Constant LEC, Costa SDS, Silva CS, Rosa AS, Souza DDC, Tucci AR, Ferreira VNS, Oliveira TKF, Borba NRR, Rodrigues CR, Albuquerque MG, Dias LRS, Garrett R, Miranda MD, Allonso D, Lima CHDS, Muri EMF. Statine-based peptidomimetic compounds as inhibitors for SARS-CoV-2 main protease (SARS-CoV‑2 Mpro). Sci Rep 2024; 14:8991. [PMID: 38637583 PMCID: PMC11026380 DOI: 10.1038/s41598-024-59442-4] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 10/26/2023] [Accepted: 04/10/2024] [Indexed: 04/20/2024] Open
Abstract
COVID-19 is a multisystemic disease caused by the SARS-CoV-2 airborne virus, a member of the Coronaviridae family. It has a positive sense single-stranded RNA genome and encodes two non-structural proteins through viral cysteine-proteases processing. Blocking this step is crucial to control virus replication. In this work, we reported the synthesis of 23 statine-based peptidomimetics to determine their ability to inhibit the main protease (Mpro) activity of SARS-CoV-2. Among the 23 peptidomimetics, 15 compounds effectively inhibited Mpro activity by 50% or more, while three compounds (7d, 8e, and 9g) exhibited maximum inhibition above 70% and IC50 < 1 µM. Compounds 7d, 8e, and 9g inhibited roughly 80% of SARS-CoV-2 replication and proved no cytotoxicity. Molecular docking simulations show putative hydrogen bond and hydrophobic interactions between specific amino acids and these inhibitors. Molecular dynamics simulations further confirmed the stability and persisting interactions in Mpro's subsites, exhibiting favorable free energy binding (ΔGbind) values. These findings suggest the statine-based peptidomimetics as potential therapeutic agents against SARS-CoV-2 by targeting Mpro.
Collapse
Affiliation(s)
- Pedro Henrique R de A Azevedo
- Laboratório de Química Medicinal, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, 24241-000, Brazil
| | - Priscila G Camargo
- Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Larissa E C Constant
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Stephany da S Costa
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Celimar Sinézia Silva
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Alice S Rosa
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Daniel D C Souza
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Amanda R Tucci
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Vivian N S Ferreira
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Thamara Kelcya F Oliveira
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Nathalia R R Borba
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Carlos R Rodrigues
- Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Magaly G Albuquerque
- Programa de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Luiza R S Dias
- Laboratório de Química Medicinal, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, 24241-000, Brazil
| | - Rafael Garrett
- Programa de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Milene D Miranda
- Laboratório de Morfologia e Morfogênese Viral, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, RJ, 21040-900, Brazil
| | - Diego Allonso
- Laboratório de Biotecnologia e Bioengenharia Tecidual, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil
| | - Camilo Henrique da S Lima
- Programa de Pós-Graduação em Química, Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-853, Brazil.
| | - Estela Maris F Muri
- Laboratório de Química Medicinal, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, 24241-000, Brazil.
| |
Collapse
|
2
|
Bagum H, Christensen KE, Genov M, Pretsch A, Pretsch D, Moloney MG. Synthetic Access to 3-Substituted Pyroglutamic Acids from Tetramate Derivatives of Serine, Threonine, allo-Threonine, and Cysteine. J Org Chem 2019; 84:10257-10279. [PMID: 31287955 DOI: 10.1021/acs.joc.9b01432] [Citation(s) in RCA: 5] [Impact Index Per Article: 1.0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Indexed: 11/29/2022]
Abstract
A general route which provides direct access to pyroglutamates from tetramates, making use of Suzuki coupling on an enol mesylate, followed by reduction, is reported. This work permits direct scaffold hopping from tetramate to substituted pyroglutamates. Some compounds in the library showed modest antibacterial activity against Gram-positive bacteria.
Collapse
Affiliation(s)
- Halima Bagum
- The Department of Chemistry, Chemistry Research Laboratory , University of Oxford , 12 Mansfield Road , Oxford OX1 3TA , U.K
| | - Kirsten E Christensen
- The Department of Chemistry, Chemistry Research Laboratory , University of Oxford , 12 Mansfield Road , Oxford OX1 3TA , U.K
| | - Miroslav Genov
- Oxford Antibiotic Group, The Oxford Science Park, Magdalen Centre , Oxford OX4 4GA , U.K
| | - Alexander Pretsch
- Oxford Antibiotic Group, The Oxford Science Park, Magdalen Centre , Oxford OX4 4GA , U.K
| | - Dagmar Pretsch
- Oxford Antibiotic Group, The Oxford Science Park, Magdalen Centre , Oxford OX4 4GA , U.K
| | - Mark G Moloney
- The Department of Chemistry, Chemistry Research Laboratory , University of Oxford , 12 Mansfield Road , Oxford OX1 3TA , U.K.,Oxford Suzhou Centre for Advanced Research , Building A, 388 Ruo Shui Road, Suzhou Industrial Park , Suzhou , Jiangsu 215123 , P. R. China
| |
Collapse
|
3
|
de Souza AS, Pacheco BDC, Pinheiro S, Muri EMF, Dias LRS, Lima CHS, Garrett R, de Moraes MBM, de Souza BEG, Puzer L. 3-Acyltetramic acids as a novel class of inhibitors for human kallikreins 5 and 7. Bioorg Med Chem Lett 2019; 29:1094-1098. [PMID: 30833107 DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.02.031] [Citation(s) in RCA: 43] [Impact Index Per Article: 8.6] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Key Words] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 11/27/2018] [Revised: 02/25/2019] [Accepted: 02/26/2019] [Indexed: 12/30/2022]
Abstract
Human kallikreins 5 and 7 (KLK5 and KLK7) exhibit trypsin- and chymotrypsin-like activities and are involved in pathologies related to skin desquamation process. A series of new 3-acyltetramic acids were developed as a novel class of inhibitors of KLK5, KLK7 and trypsin enzymes. The nature and length of the acyl chain is crucial to the KLK5, KLK7 and trypsin inhibition activities, and the most potent compounds (but not the most selective) 2b, 2c and 2g showed low micromolar IC50 values. While very few of the compounds were selective for KLK5, the selective inhibition of trypsin against chymotrypsin was achieved. Our molecular modelling studies revealed that the double bond in 2g provided the best fit in the binding site of KLK5, while the hydrogen bonding interactions modulated the best fit of 2c in the binding site of KLK7 due to the hydrophobicity of the cavity.
Collapse
Affiliation(s)
- Acácio S de Souza
- Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense, Outeiro de S. João Batista s/n, Centro, 24020-141 Niterói, RJ, Brazil
| | - Barbara D C Pacheco
- Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense, Outeiro de S. João Batista s/n, Centro, 24020-141 Niterói, RJ, Brazil
| | - Sergio Pinheiro
- Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense, Outeiro de S. João Batista s/n, Centro, 24020-141 Niterói, RJ, Brazil.
| | - Estela M F Muri
- Departamento de Tecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil.
| | - Luiza R S Dias
- Departamento de Tecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil
| | - Camilo H S Lima
- Departamento de Tecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Fluminense, Niterói, RJ, Brazil
| | - Rafael Garrett
- Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Mariana B M de Moraes
- Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, Brazil
| | - Bruno E G de Souza
- Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Santo André, SP, Brazil
| | - Luciano Puzer
- Centro de Ciências Naturais e Humanas, Universidade Federal do ABC, Santo André, SP, Brazil
| |
Collapse
|