WCG - Mise à jour d'octobre : Africa Rainfall Project
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- Écrit par : franky82
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Récapitulatif
L'équipe de recherche crée des modèles de précipitations basés sur les données reçues du World Community Grid.
Contexte du projet
95% de l'agriculture en Afrique dépend des précipitations. L'Africa Rainfall Project utilise une puissance de calcul massive, des données de The Weather Company et d'autres données pour fournir des prévisions de précipitations plus précises, ce qui aidera les agriculteurs à mieux cultiver.
Analyse des résultats
Le nouvel étudiant qui a rejoint l'équipe pour aider à l'analyse des données de post-traitement fait de bons progrès. Actuellement, ils créent des modèles de précipitations sur 1 km basés sur les données reçues du World Community Grid. Ceci est important car de nombreuses tempêtes de pluie en Afrique subsaharienne sont localisées - presque au niveau d'une ferme - et des modèles de précipitations à 1 km sont rarement disponibles pour cette région.
État actuel des unités de travail
World Community Grid envoie actuellement la génération 28.
(Une génération est un ensemble de travaux - dans ce cas, un ensemble de simulations informatiques des précipitations en Afrique subsaharienne.)
Cliquez ici pour en savoir plus sur les mises à jour mensuelles du projet de World Community Grid.
6 oct. 2020
traduction de l'article WCG : https://www.worldcommunitygrid.org/about_us/viewNewsArticle.do?articleId=652&messageId=175292.1002.1602597934064
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WCG : Smash Childhood Cancer - Mise à jour de septembre
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- Écrit par : franky82
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Récapitulatif
Après un test bêta réussi au début du mois, Smash Childhood Cancer a repris ses travaux sur le World Community Grid.
Contexte
Au cours des 20 dernières années, seul un petit nombre de nouveaux médicaments conçus pour traiter le cancer de l'enfant ont été approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis. La moitié de tous les traitements de chimiothérapie utilisés pour les enfants atteints de cancer existent depuis 25 ans ou plus.
L'équipe de recherche Smash Childhood Cancer a identifié des protéines et d'autres molécules qui jouent un rôle clé dans certains cancers infantiles. L'enjeu est maintenant de trouver des candidats-médicaments chimiques qui ciblent spécifiquement ces molécules clés et contrôlent donc les cellules cancéreuses.
Test bêta terminé
L'équipe World Community Grid a lancé un test bêta de nouvelles unités de travail au début du mois. Les tests se sont bien déroulés et nous sommes reconnaissants à tous les bénévoles qui se sont inscrits pour donner du temps de calcul à cet important processus.
Reprise du projet
Après le succès du test bêta, Smash Childhood Cancer a repris l'envoi et la réception du travail avec World Community Grid le 22 septembre.
Pour cette série de travaux, l'équipe de recherche se concentre sur un gène appelé EWSR1. Ce gène est important dans le développement du sarcome d'Ewing, un cancer infantile rare qui commence généralement dans un os, ou dans les tissus mous autour d'un os, et peut se propager aux poumons ou à d'autres os.
État actuel des unités de travail
Projet repris le 22 septembre avec 143 lots d'unités de travail.
25 sept. 2020
traduction de l'article de WCG : https://www.worldcommunitygrid.org/about_us/viewNewsArticle.do?articleId=650&messageId=175292.1002.1601388332513
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WCG : Mapping Cancer Markers - Mise à jour de septembre
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- Écrit par : franky82
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Récapitulatif
Mapping Cancer Markers a actuellement une bonne réserve de travail pour les bénévoles, et d'autres devraient venir.
L'illustration ci-dessus (à partir d'une mise à jour antérieure du projet ) représente des protéines regroupées par des interactions similaires et des fonctions biologiques similaires.
Le réseau d'interaction protéine-protéine humaine hautement interconnecté permet aux chercheurs de voir comment des protéines individuelles remplissent diverses fonctions moléculaires et contribuent ensemble à un processus biologique spécifique. Bon nombre de ces interactions changent entre l'état sain et l'état pathologique, ce qui affecte à son tour les fonctions que ces protéines portent.
En analysant les données, les chercheurs de Mapping Cancer Markers visent à construire des modèles de ces processus qui pourraient à leur tour être utilisés pour concevoir de nouvelles approches thérapeutiques.
Contexte
Mapping Cancer Markers (Cartographie des marqueurs du cancer) vise à identifier les marqueurs associés à différents types de cancer. Le projet analyse des millions de points de données collectés à partir de milliers d'échantillons de tissus de patients sains et cancéreux. Ceux-ci comprennent les tissus atteints de cancer du poumon, de cancer de l'ovaire et de sarcome.
En comparant ces différents points de données, les chercheurs espèrent identifier des modèles de marqueurs pour différents cancers et les corréler avec différents résultats, y compris la réactivité à diverses options de traitement.
Les marqueurs du cancer du poumon
Comme mentionné dans la mise à jour du mois dernier, les chercheurs commencent à travailler avec certains de leurs collègues cliniciens pour obtenir des commentaires sur l'importance de certaines des conclusions du projet sur les marqueurs du cancer du poumon. Ce processus est en cours et pourrait prendre plusieurs mois.
Une fois que l'équipe de recherche a fini de s'entretenir avec ses collègues, elle intégrera ses commentaires dans un document de recherche.
Test bêta sur de nouvelles unités de travail sur le sarcome
L'équipe technique de World Community Grid espère exécuter un autre test bêta pour de nouvelles unités de travail sur le sarcome. Une fois ce test bêta prêt, nous publierons un avis sur notre forum d'annonces de test bêta afin que les volontaires intéressés puissent participer. Bénévoles, vous pouvez vérifier vos paramètres ici pour voir si vous êtes inscrit aux tests bêta.
État actuel des unités de travail
- Disponible pour téléchargement : 844 lots
- En cours : 889 lots (7 152 542 unités de travail)
- Terminé : 65645 lots 749 lots au cours des 30 derniers jours
Moyenne de 25 lots par jour
- Réserve estimée : 33 jours
22 sept. 2020
traduction de l'article de WCG : https://www.worldcommunitygrid.org/about_us/viewNewsArticle.do?articleId=649&messageId=175292.1002.1601388332513
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Gaia@home : Calcul des orbites de comètes à longue période sous les perturbations simultanées de la galaxie et des étoiles
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- Écrit par : franky82
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Calcul des orbites de comètes à longue période sous les perturbations simultanées de la galaxie et des étoiles
(Problème N-body avec N d'un ordre de 400)
Figure 1
Les changements orbitaux de C/2002 T7 [le C indique que l'objet dont on parle est une comète] sur son plan d'orbite original par 5 instantanés dans le catalogue CODE.La ligne rouge décrit le mouvement passé de la comète, et la ligne bleue son évolution future.Sont marqués 5 époques quand les éléments orbitaux sont enregistrés.
- oscillation de l'orbite héliocentrique près du centre de l'intervalle d'observation (typiquement près du périhélie)
- Orbite originale barycentrique enregistrée dans le passé à 250 U.A. [unités astronomiques] du soleil
- Orbite barycentrique future enregistrée à 250 U.A. du soleil
- orbite précédente enregistrée au périhélie précédent
- Prochaine orbite à la frontière de l'échappement à 120.000 U.A. du soleil mais pour beaucoup d'autre comètes enregistré au prochain périhélie.
Figure 2
Évolution dynamique de l'orbite nominale de C/2002 T7 Linear sous les perturbations simultanées de la galaxie et des étoilesL'axe vertical gauche décrit le parcours d'une distance héliocentrique (fine ligne bleue) et une distance au périhélie (lignes vertes deviennent noires si e>= 1.0)L'axe vertical droit décrit les éléments angulaires (par rapport au disque galactique).Une inclinaison (ligne fuchsia) et un argument du périhélie (ligne rouge).Les fines lignes décrivent les dynamiques quand toutes les perturbation stellaires sont omises.
Nota :
Une Unité astronomique représente la distance moyenne soleil terre, soit environ 150.000.000 de km
Périhélie: point le plus proche de l'orbite autour du soleil; s'oppose à l'aphélie.
(plus de details: Królikowska, M and Dybczynski, P.A., 2020: Le catalogue des orbites de comètes et leur évolution dynamique )
- catalogue des étoiles : https://pad2.astro.amu.edu.pl/stars/
- catalogue des comètes : https://pad2.astro.amu.edu.pl/comets/
original : http://gaiaathome.eu/gaiaathome/about.php
Gaia@home
Le projet GAVIP Grid Computing (GAVIP-GC) est conçu pour donner aux scientifiques une autre couche de liberté. Le projet permet d'effectuer des calculs qui demandent beaucoup de temps de calcul - ce qui réduit la charge de travail de calcul sur la plateforme GAVIP et ouvre des possibilités de traitements lourds sur des ordinateurs volontaires.
GAVIP-GC permet de créer un grand nombre de petits travaux (données Gaia + code), de les envoyer à la plateforme BOINC et de collecter les résultats pour une analyse plus approfondie.
La plateforme GAVIP fournit des ressources gratuites à chaque utilisateur qui peuvent être dépensées pour l'analyse des données. Cependant, certains cas d'utilisation nécessitent non seulement la lecture du catalogue Gaia dans son intégralité, mais aussi beaucoup de temps de calcul - GAVIP-GC entend contribuer à satisfaire cette exigence en donnant accès à ces ressources BOINC supplémentaires gratuites.
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Ibercivis : Publication de l'avant-projet COVID-PHYM
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- Écrit par : franky82
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Le projet COVID-PHYM auquel vous avez participé avec la Fondation Ibercivis et le Groupe Biophym de l'Institut pour la Structure de la Matière de la SCCI présente ses premiers résultats sous la forme d'une prépublication et en l'absence d'un examen par les pairs. L'équipe scientifique travaille toujours sur le projet pour pouvoir donner des résultats concluants.
Le projet visait à réaliser des simulations de l'interaction des médicaments utilisés contre le virus Ebola, l'infection par le VIH, la grippe ou l'hépatite B avec les mécanismes de réplication du génome du virus du SRAS-Co-V, dans le but de disposer de médicaments efficaces contre le coronavirus est essentiel pour réduire la gravité et la mortalité de la maladie.
Dans le développement de ce projet, la participation des citoyens par le biais du réseau de calcul distribué Boinc, que nous dirigeons depuis la Fondation Ibercivis, a joué un rôle fondamental. Des milliers d'ordinateurs à travers le monde ont été connectés à un grand réseau pendant les mois d'avril à juin 2020 pour apporter leur capacité de traitement aux calculs nécessaires à la réalisation de l'expérience. À vous tous, en tant que participants individuels, et à la communauté Boinc
Merci beaucoup !
Ensemble de ténofovir et de remdesivir avec la polymérase SARS-CoV-2 et l'ARN naissant de la matrice
Résumé
Le repositionnement du remdesivir et du ténofovir contre la COVID-19 n'a montré que des preuves partielles d'amélioration des résultats cliniques, respectivement dans les essais cliniques et les études observationnelles. La justification de cette efficacité incohérente reste inconnue. Ici, nous avons développé une approche d'amarrage d'ensemble pour les formes triphosphatées actives des deux antiviraux avec la polymérase SARS-CoV-2 et le complexe de la chaîne ARN, sous l'hypothèse que l'observation clinique pourrait s'appuyer sur les spécificités de l'interaction médicament-cible. Notre cadre de modèle a permis une reconstruction précise de l'ensemble remdesivir, qui présentait la plus forte affinité de liaison et une stabilité de pose proche de son homologue naturel dATP. Nous avons en outre observé un ensemble de caractéristiques du complexe de ténofovir qui suggère une interaction fonctionnelle mais sous-optimale, résultant probablement en une inhibition virale limitée en l'absence de concentration intracellulaire élevée dans les tissus cibles. Nos résultats justifient l'efficacité mixte des composés à base de ténofovir contre le SRAS-CoV-2 et soulignent la pertinence de la disponibilité intracellulaire des analogues nucléotidiques par rapport au tropisme viral.
Introduction
Les thérapies définitives pour prévenir et traiter la COVID-19, la maladie causée par le SRAS-CoV-2, font toujours défaut. Le déploiement mondial de vaccins potentiellement efficaces prendra probablement plusieurs mois, voire des années. Parallèlement, il existe un besoin urgent d'alternatives qui contribuent à réduire la mortalité et à protéger les plus vulnérables. Le repositionnement (trouver une nouvelle utilisation thérapeutique pour un médicament déjà connu ) est l'option la plus rapide pour administrer un traitement car l'innocuité et la tolérance ont déjà été vérifiées; Cependant, il est difficile de décider quels médicaments doivent être priorisés, tout comme la détermination des meilleures approches précliniques à développer avant que l'évaluation clinique ne soit atteinte.
À ce jour, seuls deux antiviraux repositionnés ont montré des preuves partielles dans la prévention de la morbidité COVID-19: le remdesivir comme traitement des patients COVID-19 sévères dans un essai clinique randomisé et le ténofovir (comme promédicament ténofovir disoproxil fumarate, TDF) dans une rétrospective étude observationnelle suivant des individus séropositifs sous antiviraux. Le remdesivir et le ténofovir ont été initialement conçus pour inhiber la polymérisation de l'ATP dans la chaîne d'acides nucléiques en croissance dans la polymérase du virus Ebola et la transcriptase inverse du VIH, respectivement.
Un récent essai clinique randomisé aux États-Unis a rapporté une récupération plus courte pour les patients hospitalisés par COVID-19 traités par remdesivir par rapport au placebo, mais l'étude n'a pas montré de diminution significative de la mortalité. Cependant, un essai antérieur en Chine n'a rapporté aucune différence dans les résultats cliniques pour le traitement par remdesivir par rapport au placebo, bien que cet essai ait eu une puissance statistique insuffisante en raison de ne pas atteindre la taille d'échantillon prévue. D'autre part, des preuves de l'efficacité prophylactique pré-exposition du ténofovir analogue nucléotidique, en particulier du TDF en association avec l'émcitribacine (FTC), ont été suggérées dans une étude observationnelle récente évaluant les résultats de l'infection par le SRAS-CoV-2 chez les patients VIH sous traitement antirétroviral en Espagne. Les personnes prenant du TDF / FTC pour leur infection par le VIH présentaient un risque significativement plus faible d'infection par le SRAS-CoV-2 et d'hospitalisation par rapport aux personnes prenant d'autres antiviraux ou prenant le promédicament à base de ténofovir alafénamide fumarate (TAF) avec FTC. Une tendance protectrice similaire pour le TDF / FTC sur la mortalité par COVID-19 a été observée en Afrique du Sud par rapport aux régimes à base de zidovudine ou d'abacavir. Néanmoins, les résultats doivent encore être confirmés par des essais cliniques randomisés. Cet écart entre les différentes promédicaments du ténofovir conduisant à une efficacité mixte est inexpliqué, au-delà de l'existence potentielle de facteurs de confusion dans l'analyse, qui a été en partie exclue pour la cohorte espagnole.
Afin d'obtenir une inhibition virale, un acide nucléique analogue doit se lier à la polymérase virale à l'intérieur des cellules infectées après métabolisation en leurs formes actives. En particulier, pour que le ténofovir et le remdesivir bloquent la réplication du SRAS-CoV-2, il est nécessaire que leurs formes triphosphate actives soient capables de se lier fortement à l'ARN polymérase virale en présence d'ARN naissant, en remplaçant leur homologue naturel, la désoxyadénosine triphosphate dATP, qui en son tour conduit à l'incorporation de l'antimétabolite dans la chaîne et à l'arrêt de la polymérisation. Ainsi, l'affinité et la stabilité des antiviraux dans la poche active de la polymérase virale définissent toute autre inhibition.
Ici, nous avons conçu une approche d'amarrage d'ensemble dérivée de structures cristallines et mise en œuvre avec un échantillonnage étendu utilisant un calcul distribué par des volontaires, pour prédire l'emplacement de liaison, l'affinité et la stabilité des formes actives remdesivir-triphosphate, ténofovir-diphosphate et dATP avec le SARS-CoV -2 ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp-CoV2) et le complexe matrice-chaîne ARN naissante, et pour déterminer les limitations potentielles découlant de leurs structures moléculaires.
Résultats
Nous avons effectué des simulations d'amarrage d'ensemble en utilisant la structure de microscopie cryo-électronique de la nsp12 dans un complexe avec un ARN modèle naissant et chacun des éléments suivants: remdesivir-triphosphate, ténofovir-diphosphate et dATP.
Les énergies de liaison relatives calculées ( liaison ΔG ) ont montré que le remdesivir présentait la liaison la plus forte (plage de précision -8,7 à -8,5 kcal / mol), suivi du dATP (-8,6 à -8,4 kcal / mol) et du ténofovir (-7,7 à -7,5 kcal) / mol). Les trois ligands partageaient le même site de liaison et ont été forcés d'adopter une conformation différente afin de permettre l'insertion du nucléotide entrant dans l'ARN naissant. Les structures d'ancrage des ensembles dATP, remdesivir et ténofovir sont présentées dans la figure 1. L'inclusion des chaînes ARN / ions magnésium dans l'analyse a réduit la liaison ΔG calculéepour les trois ligands tout en conservant un gradient d'affinité similaire (voir matériel supplémentaire, S2). Nous avons en outre observé que les principaux sites de liaison des ligands étaient situés dans une poche différente de celle des sites de liaison de l'ensemble sans matrice-ARN naissant (RdRp-CoV2-NoRNA).
Figure 1: Les ligands sont affichés sous forme de balle et de bâton; Les résidus d'ARN et d'acides aminés interagissant avec les ligands sont représentés sous forme de bâtonnets; et les ions magnésium sont représentés par une sphère bleue de Van der Waals. Le carré représente la grille approximative utilisée pour effectuer les études d'amarrage. L'analyse des interactions a été réalisée à l'aide du profileur d'interaction Protein-Ligand (PLIP) [41] et Discovery Studio. Les images ont été préparées en utilisant Pymol 2.4.0.
Nous avons observé que les conformations d'énergie de liaison les plus faibles ne montraient pas toujours les interactions attendues entre les brins d'ARN matriciels naissants et le ligand analysé. Ainsi, nous avons recherché les poses avec une interaction maximale avec le brin d'ARN matrice et calculé la liaison ΔG . Dans le cas de l'ATP et du remdesivir, nous avons constaté que ces poses restent proches de la liaison ΔG calculée la plus basse (environ 0,1 kcal / mol), tandis que l'ensemble de ténofovir a montré une plus grande différence entre la pose avec les interactions ARN et les poses de liaison ΔG les plus basses. (environ 0,5 kcal / mol). Le facteur le plus probable de la liaison ΔG inférieure du remdesivir par rapport à l'ATP est la liaison H supplémentaire entre le groupe cyano et le nucléotide U927 du brin d'ARN naissant.
Pour les trois ligands, l'ion Mg2 + et l'ARG621 chargé ont contribué à stabiliser la position du groupement triphosphate par des interactions électrostatiques et sel-pont. En outre, des liaisons H typiques entre le nucléotide uracile du brin d'ARN matrice (U930) et (comme) les anneaux d'adénosine présentés dans les trois ligands ont été observées soutenant la formation d'un complexe de liaison entre le ligand entrant et le brin d'ARN matrice, avant le insertion dans le brin d'ARN naissant. De plus, les interactions hydrophobes entre les U927 et A931 dans la matrice et les brins d'ARN naissants ont aidé à mieux stabiliser les ensembles dATP et remdesivir. Cependant, pour le ténofovir, les interactions observées avec les nucléotides dans l'ARN naissant étaient différentes. En particulier, une liaison H s'est formée entre le cycle adénine du ténofovir et le nucléotide U927. Cette disposition a empêché la formation des interactions hydrophobes observées dans les ensembles dATP et remdesivir. Fait intéressant, une pose d'énergie de liaison la plus faible loin du site central d'inhibition a été trouvée pour le ténofovir, mais pas pour le remdesivir ni le dATP (voir la figure S2), ce qui suggère un site compétitif non fonctionnel pour le ténofovir.
En résumé, l'amarrage moléculaire de l'ensemble a été réalisé en utilisant le dATP, le remdesivir-triphosphate et le ténofovir-diphosphate liant le récepteur cible RdRp-CoV2 avec l'ARN de matrice naissant. L'ensemble du remdesivir a été reconstruit avec précision, par rapport aux modèles précédents, et la forme antivirale active a présenté la plus forte affinité de liaison suivie de près par le dATP. En outre, le ténofovir a interagi dans la même poche que le remdesivir / dATP, mais a présenté une affinité de liaison et une stabilité de pose significativement plus faibles, ainsi qu'une liaison non fonctionnelle relativement stable avec le RdRp-CoV2 près de la poche active.
Discussion
Premièrement, nos résultats montrent que des concentrations intracellulaires similaires de remdesivir par rapport au dATP peuvent inhiber efficacement la réplication du SARS-CoV2. En effet, Gordon et al. ont rapporté une sélectivité élevée de l'antiviral sur l'incorporation de dATP en utilisant RdRp-CoV2 actif purifié. De plus, il a été rapporté que le remdesivir inhibe le SRAS-CoV-2 dans les cellules pulmonaires à des concentrations submicromolaires in vitro. De plus, un site de liaison similaire pour le remdesivir dans la polymérase du SARS-CoV-2 a été rapporté récemment par deux approches différentes, basées sur un alignement structurel en 3D utilisant d'autres polymérases virales [23] et une minimisation contrainte et recherche conformationnelle sur le RdRp-CoV2 site actif. En fait, notre modèle a fourni les interactions moléculaires spécifiques soutenant le site de liaison (voir le matériel supplémentaire S3 pour une description détaillée).contraignant .
En résumé, nos résultats sur l'interaction remdesivir-SRAS-CoV2 sont solidement alignés sur des études récentes et valide notre approche en tant que cadre fiable pour évaluer les analogues d'acides nucléiques contre le SRAS-CoV2. Nous concluons que l'efficacité clinique partielle observée pour le remdesivir n'est pas le résultat d'interactions moléculaires avec le RdRp-CoV2, étant donné sa forte affinité de liaison et la stabilité de la cible médicamenteuse. L'efficacité du remdesivir peut également reposer sur des propriétés pharmacocinétiques non étudiées et / ou sur le temps de traitement par rapport à la réplication virale.
En ce qui concerne le ténofovir, notre approche est la première à inclure l'ARN gabarit naissant dans l'ensemble et améliore encore les travaux antérieurs en utilisant des structures cryo-EM au lieu de l'homologie et par un échantillonnage plus étendu des poses de ligand à l'aide de calculs distribués par des volontaires. Conformément à nos résultats, il a été démontré que le ténofovir-diphosphate termine définitivement l'extension polymérase de l'ARN naissant lors de l'utilisation de RdRp-CoV2 recombinant. Cependant, la perfusion de ténofovir dans des cultures de cellules Vero n'a pas inhibé la réplication du SARS-CoV-2, tandis que l'utilisation de 3-90 μM de son promédicament TDF a entraîné une réduction de 15 fois de la libération du génome viral . De plus, l'utilisation de TDF / FTC pour traiter les furets infectés par le SRAS-CoV-2 a conduit à de meilleurs scores cliniques et à des titres viraux inférieurs dans les lavages nasaux par rapport à un placebo. A noter, la prodrogue TDF, formulé pour augmenter la biodisponibilité limitée du ténofovir, il est connu pour se diffuser passivement à travers les membranes cellulaires et s'activer davantage au niveau intracellulaire, contrairement au ténofovir qui nécessite un transport actif pour être ingéré avant l'activation. En effet, des niveaux plus élevés de métabolite actif après exposition au TDF par rapport au ténofovir ont été régulièrement rapportés dans plusieurs types de cellules. En revanche, le promédicament TAF a été formulé pour réduire les effets indésirables du médicament observés pour le TDF (qui se distribue dans tout le corps) en étant hautement spécifique des cellules cibles du VIH. Le TAF est bien connu pour activer sélectivement et présenter une distribution préférentielle dans les tissus lymphatiques. contrairement au ténofovir qui nécessite un transport actif pour être ingéré avant son activation [32,33]. En effet, des niveaux plus élevés de métabolite actif après exposition au TDF par rapport au ténofovir ont été régulièrement rapportés dans plusieurs types de cellules. En revanche, le promédicament TAF a été formulé pour réduire les effets indésirables du médicament observés pour le TDF (qui se répartit dans tout l'organisme) en étant hautement spécifique des cellules cibles du VIH. Le TAF est bien connu pour activer sélectivement et présenter une distribution préférentielle dans les tissus lymphatiques, par opposition au ténofovir qui nécessite un transport actif pour l'ingestion avant l'activation. En effet, des niveaux plus élevés de métabolite actif après exposition au TDF par rapport au ténofovir ont été régulièrement rapportés dans plusieurs types de cellules. En revanche, le promédicament TAF a été formulé pour réduire les effets indésirables du médicament observés pour le TDF (qui se répartit dans tout l'organisme) en étant hautement spécifique des cellules cibles du VIH. Le TAF est bien connu pour activer sélectivement et présenter une distribution préférentielle dans les tissus lymphatiques [37]. le promédicament TAF a été formulé pour réduire les événements indésirables observés pour le TDF (qui se distribue dans tout l'organisme) en étant hautement spécifique des cellules cibles du VIH. Le TAF est bien connu pour activer sélectivement et présenter une distribution préférentielle dans les tissus lymphatiques. Le promédicament TAF a été formulé pour réduire les événements indésirables observés pour le TDF (qui se distribue dans tout l'organisme) en étant hautement spécifique des cellules cibles du VIH. Le TAF est bien connu pour activer sélectivement et présenter une distribution préférentielle dans les tissus lymphatiques.
Nos résultats soutiennent une interaction sous-optimale ténofovir-RdRp-CoV2 par rapport au remdesivir, prédisant que l'ensemble est plus sensible à la concentration intracellulaire de la forme triphosphate. Ainsi, la mise en correspondance d'une disponibilité intracellulaire suffisante de ténofovir-diphostate avec le tropisme du SRAS-CoV2 (comme dans les voies respiratoires) est essentielle dans le confinement médicamenteux de la réplication virale, reflétant la prophylaxie du VIH. Il convient de noter que la réplication virale peut se produire dans différents tissus à différents stades cliniques. Ainsi, l'efficacité du ténofovir pourrait fortement dépendre du moment où il est administré par rapport à la distribution intra-hôte du SRAS-CoV-2. Avec les preuves pharmacocinétiques / pharmacodynamiques disponibles, nos résultats soutiennent que le TDF, parmi les composés à base de ténofovir, maximise l'efficacité à une posologie clinique sûre, en particulier lorsqu'elle est prise avant ou après l'exposition, en raison d'une perméation cellulaire élevée, d'une activation efficace des métabolites et d'une faible distribution sélective au niveau des tissus viraux ciblés, présentant une interprétation moléculaire plausible de l'incohérence apparente des composés à base de ténofovir contre le SRAS-CoV-2. Enfin, nos résultats soutiennent une évaluation plus poussée du remdesivir en tant que traitement contre COVID-19 mais aussi pour le promédicament TDF (disponible en tant que générique dans le monde entier), en particulier en tant que prophylaxie, tout en soulignant la nécessité de comprendre la disponibilité intracellulaire des médicaments dans Tissus ciblés par le SRAS-CoV2. présentant une interprétation moléculaire plausible de l’incohérence apparente des composés à base de ténofovir contre le SRAS-CoV-2. Enfin, nos résultats soutiennent une évaluation plus poussée du remdesivir en tant que traitement contre la COVID-19 mais aussi pour le promédicament TDF (disponible en tant que générique dans le monde entier), en particulier en tant que prophylaxie, tout en soulignant la nécessité de comprendre la disponibilité intracellulaire des médicaments dans les tissus ciblés par le SRAS-CoV2. présentant une interprétation moléculaire plausible de l’incohérence apparente des composés à base de ténofovir contre le SRAS-CoV-2. Enfin, nos résultats soutiennent une évaluation plus poussée du remdesivir en tant que traitement contre la COVID-19 mais aussi pour le promédicament TDF (disponible en tant que générique dans le monde entier), en particulier en tant que prophylaxie, tout en soulignant la nécessité de comprendre la disponibilité intracellulaire des médicaments dans Tissus ciblés par le SRAS-CoV2.
Méthodes
Structure du récepteur
La structure tridimensionnelle du RdRp-CoV2 résolue avec des chaînes d'ARN naissantes et matrices ainsi qu'avec deux ions magnésium sur le site de liaison a été obtenue à partir de la structure expérimentale déposée avec l'entrée 7BV1 de PDB (Protein Database Bank). Les cofacteurs Nsp7 et nsp8 ont été supprimés du modèle. Ici, le récepteur est marqué comme RdRp-CoV2-ARN.
Une approche d'amarrage d'ensemble est envisagée dans ce travail. Cette technique s'est avérée plus efficace qu'une expérience d'amarrage unique sur la structure cristalline. Par conséquent, les structures initiales du récepteur ont été soumises à des simulations de dynamique moléculaire sur plusieurs secondes, afin de se rapprocher de la flexibilité conformationnelle sur le récepteur. Les détails de la dynamique moléculaire (MD) sont donnés en tant que matériel supplémentaire, section S1.
Structure du ligand
Les structures tridimensionnelles du dATP et les formes biologiquement actives des médicaments remdesivir triphosphate et ténofovir diphosphate, ont été extraites de structures expérimentales contenant ces ligands dans le PDB. Avant les simulations d'amarrage, ces structures ont été préparées et soumises à une optimisation de la géométrie à l'aide de la fonction de corrélation d'échange Becke-Lee-Yang-Parr et du jeu de base triple numérique plus polarisation tel qu'implémenté dans le module Dmol3 de Materials Studio (Dassault Systemes BIOVIA, v20 .1.0). Dans tous les cas, la charge des molécules était de -4, correspondant aux groupements triphosphates totalement ionisés.
Amarrage moléculaire
Les structures de récepteur et de ligand ont été préparées en utilisant AutoDockTools v1.5.7 en supprimant les atomes isolés, en typant les atomes en types d'atomes AutoDock (AD4), en ajoutant des hydrogènes polaires, en éliminant les hydrogènes non polaires et en ajoutant des charges de Gasteiger. Le récepteur et les ligands ont été traités respectivement comme rigides et flexibles. Les liaisons rotatives des ligands ont été définies à l'aide des outils d'arbre de torsion dans AutoDockTools. Les structures des ligands, ainsi que le type d'atomes et les liaisons rotatives considérées dans les calculs d'amarrage, sont indiqués dans le matériel supplémentaire (Figure S1). Les expériences d'amarrage ont été réalisées avec AutoDock Vina 1.1.2, qui peut calculer les énergies de liaison avec un intervalle de précision de +/- 0,1 kcal / mol.
Pour fonctionner, AudoDock Vina nécessite de spécifier certains paramètres, tels que l'exhaustivité (le nombre de courses), la plage d'énergie et le nombre de modes de liaison. Après avoir effectué des calculs de test préliminaires pour établir les valeurs les plus appropriées, nous avons sélectionné les valeurs de paramètres suivantes : 20 analyses, 5 kcal / mol pour la plage d'énergie et 20 modes de liaison. Les structures utilisées dans l'amarrage sont disponibles auprès des auteurs sur demande.
Une recherche approfondie dans l'espace des conformations d'amarrage protéine-ligand a été soutenue par le projet d'informatique bénévole citoyen COVID-PHYM mis en œuvre à l'aide de la plate-forme BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing). Environ 3,2 millions de poses ont été collectées pour chaque paire protéine (instantané) -ligand. Les détails concernant l'analyse des positions ancrées sont donnés en complément, section S2.
Pour la comparaison avec les approches précédentes, nous avons également effectué l'amarrage d'ensemble en utilisant le RdRp-CoV2 résolu sans ARN en utilisant la structure expérimentale déposée dans l'entrée PDB 7BTF [21] (matériel supplémentaire, section S3).
Disponibilité des données : Toutes les structures ligand-récepteurs sont disponibles auprès des auteurs sur demande.
Auteurs : Pablo M De Salazar, Javier Ramos, Victor L Cruz, Rosa Polo, Julia Del Amo, Javier Martínez-Salazar
Authorea. 28 septembre 2020
traduction :
- email : https://mailchi.mp/8e02e3ecd2cc/publicadopublished-preprint-del-proyecto-covid-phym?e=dccc8415b4
- article : https://www.authorea.com/users/362576/articles/483674-tenofovir-and-remdesivir-ensemble-docking-with-the-sars-cov-2-polymerase-and-template-nascent-rna
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Rosetta : Mise-à-jour des résultats de la recherche contre la Covid-19
- Détails
- Écrit par : franky82
- Catégorie parente: Actualités
Voici une courte vidéo de David Baker décrivant certains résultats passionnants de la méthode "De novo design" ciblant le SRAS-Cov-2 (virus de la COVID-19)
Traduction de la vidéo : Mise-à-jour - coronavirus Rosetta@Home - Septembre 2020
Dans cette vidéo, le professeur David Baker décrit les progrès récemment réalisés dans la lutte contre le coronavirus. Avec l'aide de volontaires Rosetta@Home, des scientifiques de l'Institut pour la conception de protéines de l'Université de Washington ont réussi à créer des protéines antivirales candidates qui bloquent l'infection à coronavirus en laboratoire. Cette percée avance vers des essais cliniques.
"Merci à tous d'avoir contribué à Rosetta@Home : vous avez vraiment formé la colonne vertébrale de nos efforts informatiques de groupe. Je voulais partager avec vous, aujourd'hui, des résultats très intéressants sur la lutte contre le coronavirus avec la conception de protéines. L'une des choses que nous avons faite sur Rosetta@Home est de concevoir des séquences qui se replient en de nouvelles structures de forme complémentaire au virus et nous avons conçu des millions de ces structures et c'est pourquoi cela prend beaucoup de temps de calcul puis, après avoir trouvé notre forme complémentaire, nous concevons leurs surfaces afin qu'elles puissent se lier étroitement au virus. Nous avons fabriqué ces protéines en laboratoire et nous avons trouvé celles qui se lient très étroitement à la protéine virale, de façon plus fine que les protéines précédentes. Nous avons constaté, en outre, que ces protéines protègent les cellules du coronavirus vivant et nous sommes donc très excités à ce sujet comme thérapeutique potentielle et nous essayons de savoir comment nous pourrions avancer sa sortie mondiale. Rien de tout cela ne pourrait être vraiment fait sans vos contrubutions et je voulais vous remercier pour ça. Si vous souhaitez en savoir plus sur une partie de ce travail, nous avons publié un article scientifique, la semaine dernière que vous pouvez trouver sur notre site web (traduction ci-dessous). Il y a aussi eu une bonne quantité de choses dans les médias à ce sujet mais, de toute façon, je voulais vous remercier beaucoup pour vos contributions et nous allons de l'avant pour avoir une affinité de liants encore meilleure. Nous nous appuyons beaucoup sur Rosetta@Home alors j'espère que vous resterez impliqués sur ce projet."
David Baker, Ph.D.
Directeur de Rosetta@Home Professeur de Médecine (Institut pour la conception de protéines - Université de Washington)
Pour plus d'informations, veuillez consulter la publication : De novo design of picomolar SARS-CoV-2 mini protein inhibitors
(traduction ci-dessous)
Méthode "De novo design" des inhibiteurs de la miniprotéine picomolaire SARS-CoV-2
Extrait
Cibler l'interaction entre la protéine Spike du SRAS-CoV-2 et le récepteur ACE2 humain est une stratégie thérapeutique prometteuse. Nous avons conçu des inhibiteurs en utilisant deux approches de conception "de novo". Les échafaudages générés par ordinateur ont été construits autour d'une hélice ACE2 qui interagit avec le domaine de liaison au récepteur Spike (RBD), ou ancrés contre le RBD pour identifier de nouveaux modes de liaison et leurs séquences d'acides aminés conçues pour optimiser la liaison, le repliement et la stabilité de la cible. Dix conceptions ont lié le RBD avec des affinités allant de 100 pM à 10 nM, et ont bloqué l'infection ARS-CoV-2 des cellules Vero E6 avec des valeurs d'IC 50 entre 24 pM et 35 nM; Les plus puissants, avec de nouveaux modes de liaison, sont les protéines de 56 et 64 résidus (IC 50 ~ 0,16 ng / ml). Les structures de microscopie cryoélectronique de ces minibindres en complexe avec le trimère d'ectodomaine de pointe SARS-CoV-2 avec les trois RBD liés sont presque identiques aux modèles de calcul. Ces minibinders hyperstables fournissent des points de départ pour les thérapies contre le SRAS-CoV-2.
L'infection par le SRAS-CoV-2 débute généralement dans la cavité nasale, le virus s'y répliquant pendant plusieurs jours avant de se propager aux voies respiratoires inférieures. L'administration d'une concentration élevée d'un inhibiteur viral dans le nez et dans le système respiratoire pourrait donc généralement fournir une protection prophylactique et / ou un bénéfice thérapeutique pour le traitement d'une infection précoce, et pourrait être particulièrement utile pour les travailleurs de la santé et d'autres personnes entrant en contact fréquent avec des personnes infectées. Un certain nombre d'anticorps monoclonaux sont en cours de développement en tant que traitements systémiques du COVID-19, mais ces protéines ne sont pas idéales pour l'administration intranasale car les anticorps sont des molécules volumineuses et souvent pas extrêmement stables et la densité des sites de liaison est faible (deux pour 150 KDa d'anticorps); L'amélioration de la maladie dépendante des anticorps est également un problème potentiel. Les liants de protéines Spike de haute affinité qui bloquent l'interaction avec l'enzyme 2 (ACE2) de conversion de l'angiotensine du récepteur cellulaire humain avec une stabilité améliorée et des tailles plus petites pour maximiser la densité des domaines inhibiteurs pourraient avoir des avantages par rapport aux anticorps pour une administration directe dans le système respiratoire par administration intranasale, nébulisation ou aérosol de poudre sèche. Nous avons découvert précédemment que l'administration intranasale de petites protéines conçues pour se lier étroitement à l'hémagglutinine de la grippe peut fournir une protection à la fois prophylactique et thérapeutique dans des modèles de d'infection grippale mortelle.
Stratégie de conception
Nous avons entrepris de concevoir des minibinders de protéines de haute affinité pour le SARS-CoV-2 Spike RBD qui entrent en compétition avec la liaison ACE2. Nous avons exploré deux stratégies: d'abord, nous avons incorporé l'hélice alpha de ACE2 qui fait la majorité des interactions avec le RBD dans de petites protéines conçues qui font des interactions supplémentaires avec le RBD pour atteindre une affinité plus élevée ( Fig. 1A ). Deuxièmement, nous avons conçu des liants complètement à partir de zéro sans nous fier aux interactions de liaison RBD connues ( Fig.1B). Un avantage de la deuxième approche est que la gamme des possibilités de conception est beaucoup plus large, et donc potentiellement une plus grande diversité de modes de liaison à haute affinité peut être identifiée. Pour la première approche, nous avons utilisé le constructeur de plans Rosetta pour générer des miniprotéines qui incorporent l'hélice ACE2 (résidus ACE2 humains 23 à 46). Pour la deuxième approche, nous avons utilisé l'amarrage RIF ( 12 ) et la conception à l'aide de grandes bibliothèques de miniprotéines pour générer des liants vers des régions distinctes de la surface RBD entourant le site de liaison ACE2 ( Fig. 1 et Fig. S1).
Fig. 1 Vue d'ensemble des approches de conception informatique.
( A ) Conception de protéines hélicoïdales incorporant l'hélice ACE2.
( B ) Conception de novo à grande échelle de petits échafaudages hélicoïdaux (en haut) suivi d'un amarrage de champ d'interaction rotamère (RIF) pour identifier la forme et les modes de liaison chimiquement complémentaires.
Caractérisation expérimentale et optimisation
De grands pools de minibinders conçus (voir Méthodes) réalisés en utilisant les première et seconde approches, ont été codés dans de longs oligonucléotides et criblés pour la liaison à RBD marqué par fluorescence affiché sur la surface des cellules de levure. Le séquençage en profondeur a identifié trois conceptions d'échafaudage en hélice ACE2 ( approche 1 ) et 105 conceptions d'interface de novo ( approche 2 ) qui ont été enrichies après le tri cellulaire activé par fluorescence (FACS) pour la liaison RBD. Les trois modèles d'échafaudage ACE2 et douze des modèles de novo ont été exprimés en E. coliet purifié. L'une des conceptions à échafaudage ACE2 et onze des douze conceptions de novo étaient RBD soluble et lié avec des affinités allant de 100 nM à 2 uM dans des expériences d'interférométrie biocouche (BLI) (figures S2, A, C et E et S3). La maturation d'affinité de la conception à échafaudage ACE2 par mutagenèse par PCR a conduit à un variant, AHB1, qui a lié RBD avec une affinité de ~ 1 nM (fig. modèle de conception, mais avait une faible thermostabilité (fig. S4C). Nous avons généré dix conceptions supplémentaires incorporant l'épingle à cheveux hélicoïdale de liaison de AHB1, et avons constaté que l'une liait le RBD et était thermostable (fig. S2, B, D et F).
Pour 50 des minibinders fabriqués à l'aide de l'approche 2 et de la conception à échafaudage en hélice ACE2 de deuxième génération, nous avons généré des bibliothèques de mutagenèse à saturation de site (SSM) dans lesquelles chaque résidu de chaque conception a été remplacé par chacun des 20 acides aminés un à la fois. Un séquençage en profondeur avant et après le tri FACS pour la liaison RBD a révélé que les résidus à l'interface de liaison et au noyau de la protéine étaient largement conservés pour 40 des 50 minibinders Approach 2 et pour la conception à échafaudage hélice ACE2 ( Fig.2et figues. S6 et S7). Pour la plupart de ces minibinders, un petit nombre de substitutions a été enrichi dans le tri FACS; Des bibliothèques combinatoires incorporant ces substitutions ont été construites pour la conception basée sur ACE2 et les huit conceptions d'Approche 2 à affinité la plus élevée et à nouveau criblées pour la liaison à la RBD à des concentrations allant jusqu'à 20 pM. Chaque bibliothèque a convergé sur un petit nombre de séquences étroitement liées; l'un de ceux-ci a été sélectionné pour chaque conception AHB2 ou LCB1-LCB8 et s'est avéré se lier au RBD avec une affinité élevée sur la surface de la levure d'une manière concurrencée par ACE2 ( Fig. 3 et Fig. S8).
Fig. 2 Cartographie de séquence haute résolution de AHB2, LCB1 et LCB3 avant l'optimisation de la séquence.
( A , C et E ) Les protéines de liaison conçues sont colorées par l'entropie de position de Shannon de la mutagenèse de saturation du site avec des positions bleues indiquant une faible entropie (conservées) et en rouge celles de haute entropie (non conservées). ( B , D et F) Cartes thermiques représentant les valeurs d'enrichissement de liaison RBD pour des mutations uniques dans le noyau du modèle de conception (à gauche) et l'interface conçue (à droite). Les substitutions qui sont fortement épuisées sont indiquées en bleu et les mutations bénéfiques en rouge. L'épuisement de la plupart des substitutions à la fois dans le site de liaison et le noyau suggère que les modèles de conception sont largement corrects, tandis que les substitutions enrichies suggèrent des voies pour améliorer l'affinité. Les cartes SSM complètes sur toutes les positions pour AHB2 et les huit conceptions de novo sont fournies dans les fig. S6 et S7.
Fig. 3 Les conceptions optimisées se lient avec une forte affinité à la RBD, sont en concurrence avec ACE2 et sont thermostables.
( A ) ACE2 est en concurrence avec les conceptions pour la liaison à la RBD. Les cellules de levure présentant la conception indiquée ont été incubées avec 200 pM de RBD en présence ou en l'absence de 1 uM d'ACE2, et la liaison de RBD aux cellules (axe Y) a été surveillée par cytométrie en flux. ( B ) Liaison des miniprotéines purifiées à la RBD surveillée par interférométrie biocouche. Pour les LCB1 et LCB3, les K d n’ont pas pu être estimés avec précision en raison du manque de sensibilité de l’instrument et des longs temps d’équilibrage inférieurs à 200 pM. ( C ) Spectres de dichroïsme circulaire à différentes températures, et ( D ) signal CD à une longueur d'onde de 222 nm en fonction de la température. Les conceptions entièrement de novo LCB1 et LCB3 sont plus stables que la conception à hélice échafaudée ACE2 AHB2.
AHB2 et LCB1 – LCB8 ont été exprimés, purifiés à partir d' E. Coli et la liaison à la RBD évaluée par BLI. Pour sept des plans, les valeurs K D allaient de 1 à 20 nM ( Fig.3 , fig. S8 et tableau S2), et pour deux (LCB1 et LCB3), les valeurs K D étaient inférieures à 1 nM, ce qui est trop forte pour mesurer de manière fiable avec cette technique ( Fig. 3 ). A la surface des cellules de levure, LCB1 et LCB3 ont montré des signaux de liaison à 5 pM de RBD après un traitement par protéase (trypsine et chymotrypsine) (fig. S9). Les spectres de dichroïsme circulaire des minibindres purifiés étaient conformes aux modèles de conception, et les températures de fusion pour la plupart étaient supérieures à 90 ° C ( Fig.3et fig. S8). Les dessins ont conservé une activité de liaison complète après 14 jours à température ambiante (fi g.S10). AHB1 / 2 et LCB3 se sont également liés au SRAS-CoV RBD (en plus du SARS-CoV-2 RBD), mais avec une affinité plus faible (fig. S11); nous prévoyons que les affinités de liaison obtenues pour le SRAS-CoV-2 pourraient être facilement obtenues pour d'autres protéines de pointe de coronavirus si celles-ci étaient directement ciblées pour la conception.
Détermination de la structure CryoEM
Nous avons caractérisé les structures de LCB1 et LCB3 en complexe avec le trimère d'ectodomaine de pointe SARS-CoV-2 à une résolution de 2,7 Å et 3,1 Å, respectivement, et avons constaté que les minibinders se lient de manière stoechiométrique aux trois RBD dans le trimère de pointe ( Fig.4, A et E , et figures S12 et S13). Bien que le pic abritait principalement deux RBD ouverts pour les deux complexes, nous avons identifié un sous-ensemble de particules avec trois RBD ouverts pour le complexe LCB3 ( Fig. 4, A et E , et figures S12 et S13). Nous avons amélioré la résolvabilité des densités RBD / LCB1 et RBD / LCB3 en utilisant une classification ciblée et un raffinement local donnant des cartes à une résolution de 3,1 et 3,5 Å permettant la visualisation des interactions formées par chaque minibinder avec le RBD ( Fig.4, B et F , et figures S12 et S13).
Fig.4 Caractérisation CryoEM des minibindres LCB1 et LCB3 en complexe avec SARS-CoV-2 S.
( A ) Représentation de surface moléculaire de LCB1 lié au trimère de l'ectodomaine SARS-CoV-2 S vu le long de deux orientations orthogonales.
( B ) Superposition du modèle conçu (gris argent) et de la structure cryoEM raffinée (magenta) de LCB1 (en utilisant la carte obtenue par raffinement local) lié au RBD (cyan).
( C et D ) Vues agrandies du modèle de calcul (gris argent) du complexe LCB1 / RBD superposé sur la structure CryoEM (cyan pour RBD et rose pour LCB1) montrant des chaînes latérales en interaction sélectionnées.
( E ) Représentation de surface moléculaire de LCB3 lié au trimère de l'ectodomaine SARS-CoV-2 S vu le long de deux orientations orthogonales.
( F) Superposition du modèle conçu (gris argent) et de la structure cryoEM raffinée (saumon) de LCB3 (en utilisant la carte obtenue par raffinement local) lié au RBD (cyan).
( G et H ) Zoom sur les interactions entre LCB3 (saumon) et le SRAS-CoV-2 RBD (cyan) montrant des chaînes latérales d'interaction sélectionnées.
En (A) et (E), chaque protomère S est coloré distinctement (cyan, rose et or).
Pour (B) et (F), les RBD ont été superposés pour évaluer les écarts de pose de liaison entre les modèles conçus et la structure raffinée de chaque minibinder.
LCB1 et LCB3 accostent avec des orientations opposées dans la crevasse formée par le motif de liaison au récepteur RBD grâce à des interfaces complémentaires de forme étendue avec de nombreuses interactions électrostatiques médiées par deux des trois hélices three minibinder ( Fig.4, B à D et F à H ). Semblable à ACE2, les sites de liaison LCB1 et LCB3 sont enterrés dans l'état conformationnel S fermé et nécessitent l'ouverture d'au moins deux RBD pour permettre la reconnaissance simultanée des trois sites de liaison ( Fig. 4, A et E ). LCB1 et LCB3 forment des liaisons hydrogène multiples et des ponts salins avec le RBD avec des surfaces enterrées de ~ 1000Å ^ 2 et ~ 800Å ^ 2, respectivement ( Fig.4, C, D, G et H), compatible avec les affinités sous-nanomolaires de ces inhibiteurs. Tel que conçu, les sites de liaison pour LCB1 et LCB3 chevauchent celui de ACE2 (fig. S14 et tableau S1), et devraient donc entrer en compétition pour la liaison à la RBD et inhiber l'attachement viral à la surface de la cellule hôte.
La superposition des modèles LCB1 / RBD ou LCB3 / RBD aux structures cryoEM correspondantes, en utilisant le RBD comme référence, montre que les poses de liaison correspondent étroitement à la conception avec le squelette Cɑ rmsd de 1,27 Å et 1,9Å pour LCB1 et LCB3, respectivement ( Fig. 4, B et F ) et la plupart des interactions polaires dans les modèles de conception correspondent étroitement à la structure CryoEM ( Fig. 4, C, D, G et H ). Ces données montrent que la méthode de conception informatique peut avoir une précision assez élevée. Les comparaisons de structure sur la figure 4, C, D, G et H , concernent les modèles de conception d'origine; les substitutions qui augmentent l'affinité de liaison sont assez subtiles et ont très peu d'effet sur la géométrie du squelette.
Neutralisation virale
Nous avons étudié la capacité de AHB1, AHB2 et LCB1-5 à prévenir l'infection des cellules par le SRAS-CoV-2 de bonne foi . Des concentrations variables de minibinders ont été incubées avec 100 unités de formation de focalisation (FFU) de SARS-CoV-2, puis ajoutées à des monocouches Vero E6. AHB1 et AHB2 fortement neutralisés SRAS-CoV-2 (IC 50 de 35 nM et 15,5 nM , respectivement), tandis qu'un minibinder de la grippe de contrôle n'a montré aucune activité de neutralisation ( Fig. 5A ). Ensuite, nous avons testé les minibinders LCB1-5 conçus par Approach 2. Nous avons observé une neutralisation encore plus puissante du SARS-CoV-2 par LCB1 et LCB3 avec des valeurs IC 50 de 23,54 pM et 48,1 pM, respectivement ( Fig.5B; à des volumes d'incubation accrus, des CI50 aussi faibles que 11 pM ont été obtenues). Sur une base molaire, ces valeurs sont environ 3 fois inférieures à celles de l'anticorps monoclonal anti-SARS-CoV-2 le plus puissant décrit à ce jour ; sur une base de masse, en raison de leur très petite taille, les dessins sont encore plus puissants que les anticorps.
Fig. 5 Neutralisation du virus vivant par des inhibiteurs de miniprotéines conçus.
L'activité de neutralisation de ( A ) AHB1 et AHB2 ou ( B ) LCB1-5 a été mesurée par FRNT. Les concentrations indiquées de minibinders ont été incubées avec 100 FFU de SRAS-CoV-2 authentique et ensuite transférées sur des monocouches Vero E6. AHB1, AHB2, LCB1 et LCB3 neutralisent efficacement le SARS-CoV-2, avec des valeurs EC 50 <50nM (AHB1 et AHB2) ou <50pM (LCB1 et LCB3). Les données sont représentatives de deux expériences indépendantes, chacune réalisée en double technique.
Conclusions
Les minibinders conçus dans ce travail présentent des avantages potentiels par rapport aux anticorps en tant que thérapeutiques potentielles. Ensemble, ils couvrent une gamme de modes de liaison, et en combinaison, une fuite mutationnelle virale serait tout à fait improbable (figures S1 et S14 et tableau S1). Le maintien de l'activité après une période prolongée à des températures élevées suggère qu'ils ne nécessiteraient pas une chaîne d'approvisionnement à température contrôlée. Les conceptions sont 20 fois plus petites qu'une molécule d'anticorps complète et, par conséquent, à masse égale, ont 20 fois plus de sites de neutralisation potentiels, augmentant l'efficacité potentielle d'un médicament administré localement. Le coût des produits et la capacité de passer à une production très élevée devraient être inférieurs pour les miniprotéines beaucoup plus simples, qui, contrairement aux anticorps, ne nécessitent pas d'expression dans les cellules de mammifères pour un repliement correct. La petite taille et la stabilité élevée devraient également les rendre aptes à être formulés dans un gel pour application nasale et à être administrés directement dans le système respiratoire par nébulisation ou sous forme de poudre sèche. Nous explorerons d'autres voies de livraison dans les mois à venir alors que nous cherchons à traduire les protéines neutralisantes de haute puissance en traitements et prophylactiques contre le SRAS-Cov2. L'immunogénicité est un problème potentiel avec toute molécule étrangère, mais pour les petites protéines conçues de novo précédemment caractérisées, peu ou pas de réponse immunitaire a été observée ( Nous explorerons d'autres voies de livraison dans les mois à venir alors que nous cherchons à traduire les protéines neutralisantes de haute puissance en traitements et prophylactiques contre le SRAS-Cov2. L'immunogénicité est un problème potentiel avec toute molécule étrangère, mais pour les petites protéines conçues de novo précédemment caractérisées, peu ou pas de réponse immunitaire a été observée ( Nous explorerons d'autres voies de livraison dans les mois à venir alors que nous cherchons à traduire les protéines neutralisantes de haute puissance en traitements et prophylactiques contre le SRAS-Cov2. L'immunogénicité est un problème potentiel avec toute molécule étrangère, mais pour les petites protéines conçues de novo précédemment caractérisées, peu ou pas de réponse immunitaire a été observée (11 , 14 ), peut-être parce que la solubilité et la stabilité élevées associées à la petite taille rendent la présentation sur des cellules dendritiques moins probable.
Le moment choisi est essentiel en cas d'épidémie de pandémie: des traitements efficaces sont nécessaires dans les plus brefs délais. Nous avons commencé à concevoir minibinders en Janvier 2020 grâce à la Rosetta sur un modèle de la structure de Spike SRAS-CoV-2 et passe au structures cristallines une fois qu'ils sont devenus disponibles ( 4 , 15 - 17). À la fin du mois de mai 2020, nous avions identifié des neutralisants très puissants du virus infectieux; pendant ce même temps, un certain nombre d'anticorps monoclonaux neutralisants ont été identifiés. Nous pensons qu'avec un développement continu, l'approche de conception informatique peut devenir beaucoup plus rapide. Premièrement, à mesure que les méthodes de prédiction de la structure continuent de gagner en précision, des modèles cibles adaptés à la conception pourraient être générés dans la journée suivant la détermination de la séquence du génome d'un nouveau pathogène. Deuxièmement, avec l'amélioration continue des méthodes de conception informatique, il devrait être possible de rationaliser le flux de travail décrit ici, qui nécessitait le criblage de grands ensembles de conceptions informatiques, suivi d'une optimisation expérimentale, pour identifier les liants à très haute affinité. L'accord très étroit des structures cryoEM de LCB1 et LCB3 avec les modèles de conception informatique suggère que les principaux défis à surmonter ne sont pas dans la conception de novo de protéines avec une forme et une complémentarité chimique à la surface cible, mais dans la reconnaissance des meilleurs candidats et identifier un petit nombre de substitutions augmentant l'affinité. La grande quantité de données collectées dans les expériences de conception d'interface de protéines telles que celles décrites ici devrait informer l'amélioration des modèles atomiques détaillés au cœur des calculs de conception de Rosetta, ainsi que des approches d'apprentissage automatique complémentaires, pour permettre la reconnaissance et l'amélioration de la conception de séquence du meilleurs candidats; cela permettrait une conception in silico encore plus rapide des inhibiteurs de pM comme LCB1 et LCB3. Avec le développement continu des méthodes, nous pensons qu'il deviendra possible de générer des modèles neutralisant les pathogènes à ultra haute affinité dans les semaines suivant l'obtention de la séquence du génome. Il est difficile de se préparer à de futures pandémies inconnues et une telle capacité pourrait être un élément important d’une stratégie d’intervention générale.
traduction :
- forum Rosetta : https://boinc.bakerlab.org/rosetta/forum_thread.php?id=14226
- article Science Mag : https://science.sciencemag.org/content/early/2020/09/08/science.abd9909
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