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de Santiago-Silva KM, Camargo PG, Carvalho Constant LE, Costa SDS, Frensel GB, Allonso D, Nakazato G, Lima CHDS, Bispo MDLF. Molecular modelling studies and in vitro enzymatic assays identified A 4-(nitrobenzyl)guanidine derivative as inhibitor of SARS-CoV-2 Mpro. Sci Rep 2024; 14:8620. [PMID: 38616188 PMCID: PMC11016540 DOI: 10.1038/s41598-024-59292-0] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [MESH Headings] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 12/28/2023] [Accepted: 04/09/2024] [Indexed: 04/16/2024] Open
Abstract
Scientists and researchers have been searching for drugs targeting the main protease (Mpro) of SARS-CoV-2, which is crucial for virus replication. This study employed a virtual screening based on molecular docking to identify benzoylguanidines from an in-house chemical library that can inhibit Mpro on the active site and three allosteric sites. Molecular docking was performed on the LaSMMed Chemical Library using 88 benzoylguanidine compounds. Based on their RMSD values and conserved pose, three potential inhibitors (BZG1, BZG2, and BZG3) were selected. These results indicate that BZG1 and BZG3 may bind to the active site, while BZG2 may bind to allosteric sites. Molecular dynamics data suggest that BZG2 selectively targets allosteric site 3. In vitro tests were performed to measure the proteolytic activity of rMpro. The tests showed that BZG2 has uncompetitive inhibitory activity, with an IC50 value of 77 µM. These findings suggest that benzoylguanidines possess potential as Mpro inhibitors and pave the way towards combating SARS-Cov-2 effectively.
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Affiliation(s)
- Kaio Maciel de Santiago-Silva
- Laboratório de Síntese de Moléculas Medicinais (LaSMMed), Departamento de Química, Centro de Ciências Exatas, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Brazil
| | - Priscila Goes Camargo
- Laboratório de Síntese de Moléculas Medicinais (LaSMMed), Departamento de Química, Centro de Ciências Exatas, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Brazil
| | - Larissa Esteves Carvalho Constant
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Stephany da Silva Costa
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Giovanna Barbosa Frensel
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Diego Allonso
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal Do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 21941-902, Brazil
| | - Gerson Nakazato
- Departamento de Microbiologia, Centro de Ciências Biológicas, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Brazil
| | - Camilo Henrique da Silva Lima
- Departamento de Química Orgânica, Instituto de Química, Universidade Federal Do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, Brazil
| | - Marcelle de Lima Ferreira Bispo
- Laboratório de Síntese de Moléculas Medicinais (LaSMMed), Departamento de Química, Centro de Ciências Exatas, Universidade Estadual de Londrina, Londrina, Brazil.
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Mendonça SC, Gomes BA, Campos MF, da Fonseca TS, Esteves MEA, Andriolo BV, Cheohen CFDAR, Constant LEC, da Silva Costa S, Calil PT, Tucci AR, de Oliveira TKF, Rosa ADS, Ferreira VNDS, Lima JNH, Miranda MD, da Costa LJ, da Silva ML, Scotti MT, Allonso D, Leitão GG, Leitão SG. Myrtucommulones and Related Acylphloroglucinols from Myrtaceae as a Promising Source of Multitarget SARS-CoV-2 Cycle Inhibitors. Pharmaceuticals (Basel) 2024; 17:436. [PMID: 38675398 PMCID: PMC11054083 DOI: 10.3390/ph17040436] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [What about the content of this article? (0)] [Affiliation(s)] [Abstract] [Key Words] [Grants] [Track Full Text] [Journal Information] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 03/11/2024] [Accepted: 03/22/2024] [Indexed: 04/28/2024] Open
Abstract
The LABEXTRACT plant extract bank, featuring diverse members of the Myrtaceae family from Brazilian hot spot regions, provides a promising avenue for bioprospection. Given the pivotal roles of the Spike protein and 3CLpro and PLpro proteases in SARS-CoV-2 infection, this study delves into the correlations between the Myrtaceae species from the Atlantic Forest and these targets, as well as an antiviral activity through both in vitro and in silico analyses. The results uncovered notable inhibitory effects, with Eugenia prasina and E. mosenii standing out, while E. mosenii proved to be multitarget, presenting inhibition values above 72% in the three targets analyzed. All extracts inhibited viral replication in Calu-3 cells (EC50 was lower than 8.3 µg·mL-1). Chemometric analyses, through LC-MS/MS, encompassing prediction models and molecular networking, identified potential active compounds, such as myrtucommulones, described in the literature for their antiviral activity. Docking analyses showed that one undescribed myrtucommulone (m/z 841 [M - H]-) had a higher fitness score when interacting with the targets of this study, including ACE2, Spike, PLpro and 3CLpro of SARS-CoV-2. Also, the study concludes that Myrtaceae extracts, particularly from E. mosenii and E. prasina, exhibit promising inhibitory effects against crucial stages in SARS-CoV-2 infection. Compounds like myrtucommulones emerge as potential anti-SARS-CoV-2 agents, warranting further exploration.
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Affiliation(s)
- Simony Carvalho Mendonça
- Departamento de Produtos Naturais e Alimentos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil; (S.C.M.); (B.A.G.); (M.F.C.)
| | - Brendo Araujo Gomes
- Departamento de Produtos Naturais e Alimentos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil; (S.C.M.); (B.A.G.); (M.F.C.)
- Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetal e Bioprocessos, Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
| | - Mariana Freire Campos
- Departamento de Produtos Naturais e Alimentos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil; (S.C.M.); (B.A.G.); (M.F.C.)
- Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetal e Bioprocessos, Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
| | - Thamirys Silva da Fonseca
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil;
| | - Maria Eduarda Alves Esteves
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21040-900, RJ, Brazil; (M.E.A.E.); (M.L.d.S.)
| | - Bruce Veiga Andriolo
- Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Duque de Caxias 25250-020, RJ, Brazil;
| | - Caio Felipe de Araujo Ribas Cheohen
- Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Ciências Fisiológicas, Centro de Ciências da Saúde, Instituto de Biodiversidade e Sustentabilidade NUPEM, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Macaé 27965-045, RJ, Brazil;
| | - Larissa Esteves Carvalho Constant
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-590, RJ, Brazil; (L.E.C.C.); (S.d.S.C.); (D.A.)
| | - Stephany da Silva Costa
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-590, RJ, Brazil; (L.E.C.C.); (S.d.S.C.); (D.A.)
| | - Pedro Telles Calil
- Departamento de Virologia, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-590, RJ, Brazil; (P.T.C.); (L.J.d.C.)
| | - Amanda Resende Tucci
- Laboratory of Morphology and Viral Morphogenesis, Oswaldo Cruz Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil; (A.R.T.); (T.K.F.d.O.); (A.d.S.R.); (V.N.d.S.F.); (J.N.H.L.); (M.D.M.)
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
| | - Thamara Kelcya Fonseca de Oliveira
- Laboratory of Morphology and Viral Morphogenesis, Oswaldo Cruz Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil; (A.R.T.); (T.K.F.d.O.); (A.d.S.R.); (V.N.d.S.F.); (J.N.H.L.); (M.D.M.)
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
| | - Alice dos Santos Rosa
- Laboratory of Morphology and Viral Morphogenesis, Oswaldo Cruz Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil; (A.R.T.); (T.K.F.d.O.); (A.d.S.R.); (V.N.d.S.F.); (J.N.H.L.); (M.D.M.)
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
| | - Vivian Neuza dos Santos Ferreira
- Laboratory of Morphology and Viral Morphogenesis, Oswaldo Cruz Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil; (A.R.T.); (T.K.F.d.O.); (A.d.S.R.); (V.N.d.S.F.); (J.N.H.L.); (M.D.M.)
| | - Julia Nilo Henrique Lima
- Laboratory of Morphology and Viral Morphogenesis, Oswaldo Cruz Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil; (A.R.T.); (T.K.F.d.O.); (A.d.S.R.); (V.N.d.S.F.); (J.N.H.L.); (M.D.M.)
| | - Milene Dias Miranda
- Laboratory of Morphology and Viral Morphogenesis, Oswaldo Cruz Institute, Oswaldo Cruz Foundation, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil; (A.R.T.); (T.K.F.d.O.); (A.d.S.R.); (V.N.d.S.F.); (J.N.H.L.); (M.D.M.)
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Celular e Molecular, Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21041-250, RJ, Brazil
| | - Luciana Jesus da Costa
- Departamento de Virologia, Instituto de Microbiologia Paulo de Góes, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-590, RJ, Brazil; (P.T.C.); (L.J.d.C.)
| | - Manuela Leal da Silva
- Programa de Pós-Graduação em Biologia Computacional e Sistemas, Instituto Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro 21040-900, RJ, Brazil; (M.E.A.E.); (M.L.d.S.)
- Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia, Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia, Duque de Caxias 25250-020, RJ, Brazil;
- Programa de Pós-Graduação Multicêntrico em Ciências Fisiológicas, Centro de Ciências da Saúde, Instituto de Biodiversidade e Sustentabilidade NUPEM, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Macaé 27965-045, RJ, Brazil;
| | - Marcus Tullius Scotti
- Departamento de Química, Universidade Federal da Paraíba, João Pessoa 58033-455, PB, Brazil;
| | - Diego Allonso
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-590, RJ, Brazil; (L.E.C.C.); (S.d.S.C.); (D.A.)
- Departamento de Biotecnologia Farmacêutica, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
| | - Gilda Guimarães Leitão
- Instituto de Pesquisas de Produtos Naturais, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
| | - Suzana Guimarães Leitão
- Departamento de Produtos Naturais e Alimentos, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil; (S.C.M.); (B.A.G.); (M.F.C.)
- Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia Vegetal e Bioprocessos, Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil
- Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas, Faculdade de Farmácia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 21941-902, RJ, Brazil;
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