冠状病毒是具有正链、单链RNA的病毒,其特征是拥有较大的病毒RNA基因组。通常,β-冠状病毒通过其基因组的转录合成一个约800 kDa的多肽。该多肽经过蛋白水解切割,产生病毒生命周期中必需的各种蛋白质。这一切割过程由两种蛋白酶介导:木瓜样蛋白酶(PLpro)和3C样蛋白酶(3CLpro),后者也被称为“主蛋白酶”。3CLpro在11个特定位点切割多蛋白,生成对病毒复制至关重要的各种非结构蛋白。与使用催化三联体中丝氨酸残基的胰凝乳蛋白酶样蛋白酶不同,冠状病毒的3CLpro利用催化二联体中的半胱氨酸残基作为亲核体。在溶液中,3CLpro以单体和二聚体形式存在平衡。每个单体由三个结构域组成:包含催化位点和胰凝乳蛋白酶样支架的域I和域II,通过一个长环与第三个C端域相连。
3CLpro对于冠状病毒颗粒的复制至关重要。它位于病毒基因组的3′端,这一区域以其高度变异性而著称。主要蛋白酶本身在不同冠状病毒物种间表现出保守性,使其成为针对现有及潜在新兴冠状病毒治疗的有吸引力的靶点。一些以抗炎和抗病毒效果著称的天然化合物及其衍生物,已显示出与3CLpro的高结合亲和力,证明了其作为抗病毒药物开发关键要素的潜力。
3CLPro抑制剂的开发是一种有前景的治疗策略,因为这种蛋白酶在冠状病毒中表现出高度保守性,表明这些抑制剂可能对包括未来变种在内的一系列冠状病毒株有效。此外,靶向病毒蛋白酶减少了影响人类细胞过程的可能性,从而最大限度地减少了潜在的副作用。因此,3CLPro抑制剂处于抗病毒研究的前沿,为有效治疗当前和新兴的冠状病毒相关疾病提供了希望。
ChemDiv针对3CLpro的小分子库包含4,792种化合物。
SARS-CoV-2化合物库的详细方法及相关参考文献已在相应的幻灯片中全面总结。具体而言,3CLPro子集是通过3D形状相似性虚拟筛选方法,采用原子对指纹(APF)算法进行选择的。
对于3CLPro子集的主要部分,化合物是使用4TWW PDB X射线结构的配体作为3D APF模板进行筛选的。虚拟筛选过程涉及APF对齐,通过将蛋白质(即4TWW PDB X射线结构)设置为排除体积来进行。这种方法确保所选化合物与蛋白质的结合位点互补,避免与蛋白质结合的区域。对于3CLPro子集的一小部分,我们利用了一系列与Insilico Medicine合作开发的设计分子作为3D APF模板。这一策略促进了新型化学空间的探索,可能有助于识别针对SARS-CoV-2的3CLPro酶的独特抑制剂。