Antiviral properties of synthetic histidine derivatives containing membranotropic volumetrical carbocycles in their molecule against SARS-CoV-2 virus in vitro

封面

如何引用文章

全文:

详细

Introduction. Currently, low molecular-weight compounds are being developed as potential inhibitors of CoVs replication, targeting various stages of the replication cycle, such as major protease inhibitors and nucleoside analogs. Viroporins can be alternative protein targets.

The aim of this study is to identify antiviral properties of histidine derivatives with cage substituents in relation to pandemic strain SARS-CoV-2 in vitro.

Materials and methods. Combination of histidine with aminoadamantane and boron cluster anion [B10H10]2– (compounds I–IV) was carried out by classical peptide synthesis. Compound were identified by modern physicochemical methods. Antiviral properties were studied in vitro on a monolayer of Vero E6 cells infected with SARS-CoV-2 (alpha strain) with simultaneous administration of compounds and virus.

Results. Derivatives of amino acid histidine with carbocycles and boron cluster were synthesized and their antiviral activity against SARS-CoV-2 was studied in vitro. Histidine derivatives with carbocycles and [B10H10]2– have the ability to suppress virus replication. The solubility of substances in aqueous media can be increased due to formation of hydrochloride or sodium salt.

Discussion. 2HCl*H-His-Rim (I) showed some effect of suppressing replication of SARS-CoV-2 at a viral load of 100 doses and concentration 31.2 μg/ml. This is explained by the weakly basic properties of compound I.

Conclusion. The presented synthetic compounds showed moderate antiviral activity against SARS-CoV-2. The obtained compounds can be used as model structures for creating new direct-acting drugs against modern strains of coronaviruses.

作者简介

T. Garaev

National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

编辑信件的主要联系方式.
Email: tmgaraev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3651-5730

PhD in biology, leading researcher of the Laboratory of Molecular Diagnostics

俄罗斯联邦, 123098, Moscow

T. Grebennikova

National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Email: tmgaraev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6141-9361

Corresponding Member of the Russian Academy of Sciences, Professor, Doctor of Biology, Head of the Laboratory of Molecular Diagnostics

俄罗斯联邦, 123098, Moscow

V. Avdeeva

Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of Russian Academy of Sciences

Email: tmgaraev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-0655-1052

Dr. Sci. (Chem.), leading researcher of the Laboratory of Chemistry of Light Elements and Clusters

俄罗斯联邦, 119991, Moscow

V. Lebedeva

National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Email: tmgaraev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3088-0403

Researcher of the Laboratory of Molecular Diagnostics

俄罗斯联邦, 123098, Moscow

V. Larichev

National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Email: tmgaraev@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-8262-5650

Doctor of Medicine, Lead Researcher of the Laboratory of Arbovirus Biology and Indication

俄罗斯联邦, 123098, Moscow

参考

  1. Ksiazek T.G., Erdman. D., Goldsmith C.S., Zaki S.R., Peret T., Emery S., et al. A novel coronavirus associated with severe acute respiratory syndrome. N. Engl. J. Med. 2003; 348(20): 1953–66. https://doi.org/10.1056/NEJMoa030781
  2. McIntosh K., Kapikian A.Z., Turner H.C., Hartley J.W., Parrott R.H., Chanock R.M. Seroepidemiologic studies of coronavirus infection in adults and children. Am. J. Epidemiol. 1970; 91(6): 585–92. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.aje.a121171
  3. Gaunt E.R., Hardie A., Claas E.C.J., Simmonds P., Templeton K.E. Epidemiology and clinical presentations of the four human coronaviruses 229E, HKU1, NL63, and OC43 detected over 3 years using a novel multiplex real-time PCR method. J. Clin. Microbiol. 2010; 48(8): 2940–7. https://doi.org/10.1128/JCM.00636-10
  4. Walsh E.E., Shin J.H., Falsey A.R. Clinical impact of human coronaviruses 229E and OC43 infection in diverse adult populations. J. Infect. Dis. 2013; 208(10): 1634–42. https://doi.org/10.1093/infdis/jit393
  5. Yao N., Wang S.N., Lian J.Q., Sun Y.T., Zhang G.F., Kang W.Z., et al. Clinical characteristics and influencing factors of patients with novel coronavirus pneumonia combined with liver injury in Shaanxi region. Zhonghua Gan Zang Bing Za Zhi. 2020; 28(3): 234–9. https://doi.org/10.3760/cma.j.cn501113-20200226-00070 (in Chinese)
  6. Hu L.L., Wang W.J., Zhu Q.J., Yang L. Novel coronavirus pneumonia related liver injury: etiological analysis and treatment strategy. Zhonghua Gan Zang Bing Za Zhi. 2020; 28(2): 97–9. https://doi.org/10.3760/cma.j.issn.1007-3418.2020.02.001 (in Chinese)
  7. Morones J.R., Elechiguerra J.L., Camacho A., Holt K., Kouri J.B., Ramírez J.T., et.al. The bactericidal effect of silver nanoparticles. Nanotechnology. 2005; 16(10): 2346–53. https://doi.org/10.1088/0957-4484/16/10/059
  8. Kim J.S., Kuk E., Yu K.N., Kim J.H., Park S.J., Lee H.J., et al. Antimicrobial effects of silver nanoparticles. Nanomedicine. 2007; 3(1): 95–101. https://doi.org/10.1016/j.nano.2006.12.001
  9. Brown A.J., Won J.J., Graham R.L., Dinnon K.H. 3rd, Sims A.C., Feng J.Y., et al. Broad spectrum antiviral remdesivir inhibits human endemic and zoonotic deltacoronaviruses with a highly divergent RNA dependent RNA polymerase. Antirviral Res. 2019; 169: 104541. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2019.104541
  10. de Wit E., Feldmann F., Cronin J., Jordan R., Okumura A., Thomas T., et al. Prophylactic and therapeutic remdesivir (GS-5734) treatment in the rhesus macaque model of MERS-CoV infection. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2020; 117(12): 6771–6. https://doi.org/10.1073/pnas.1922083117
  11. Sheahan T.P., Sims A.C., Graham R.L., Menachery V.D., Gralinski L.E., Case J.B., et al. Broad-spectrum antiviral GS-5734 inhibits both epidemic and zoonotic coronaviruses. Sci. Transl. Med. 2017; 9(396): eaal3653. https://doi.org/10.1126/scitranslmed.aal3653
  12. de Wilde A.H., Jochmans D., Posthuma C.C., Zevenhoven-Dobbe J.C., van Nieuwkoop S., Bestebroer T.M., et al. Screening of an FDA-approved compound library identifies four small-molecule inhibitors of Middle East respiratory syndrome coronavirus replication in cell culture. Antimicrob. Agents Chemother. 2014; 58(8): 4875–84. https://doi.org/10.1128/aac.03011-14
  13. Choy K.T., Wong A.Y., Kaewpreedee P., Sia S.F., Chen D., Hui K.P.Y., et al. Remdesivir, Iopinavir, emetine, and homoharringtonine inhibit SARS-CoV-2 replication in vitro. Antivir. Res. 2020; 178: 104786. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2020.104786
  14. Sanders J.M., Monogue M.L., Jodlowski T.Z., Cutrell J.B. Pharmacologic treatments for coronavirus disease 2019 (COVID-19): a review. JAMA. 2020; 323(18): 1824–36. https://doi.org/10.1001/jama.2020.6019
  15. Mestres J. The target landscape of N4-hydroxycytidine based on its chemical neighborhood. bioRxiv. 2020. Preprint. https://doi.org/10.1101/2020.03.30.016485v1
  16. Zhu J., Zhang H., Lin Q., Lyu J., Lu L., Chen H., et al. Progress on SARS-CoV-2 3CLpro Inhibitors: Inspiration from SARS-CoV 3CLpro Peptidomimetics and Small-Molecule Anti-Inflammatory Compounds. Drug Des. Devel. Ther. 2022; 16: 1067–82. https://doi.org/10.2147/DDDT.S359009
  17. Zhou S., Hill C.S., Sarkar S., Tse L.V., Woodburn B.M.D., Schinazi R.F., et al. β-d-N4-hydroxycytidine inhibits SARS-CoV-2 through lethal mutagenesis but is also mutagenic to mammalian cells. J. Infect. Dis. 2021; 224(3): 415–9. https://doi.org/10.1093/infdis/jiab247
  18. Parthasarathy K., Lu H., Surya W., Vararattanavech A., Pervushin K., Torres A. Expression and purification of coronavirus envelope proteins using a modified beta-barrel construct. Protein Expr. Purif. 2012; 85(1): 133–41. https://doi.org/10.1016/j.pep.2012.07.005
  19. Li Y., Surya W., Claudine S., Torres J. Structure of a conserved Golgi complex-targeting signal in coronavirus envelope proteins. J. Biol. Chem. 2014; 289(18): 12535–49. https://doi.org/10.1074/jbc.m114.560094
  20. Cao Y., Yang R., Lee I., Zhang W., Sun J., Wang W., et al. Characterization of the SARS-CoV-2 E protein: sequence, structure, viroporin, and inhibitors. Protein Sci. 2020; 30(6): 1114–30. https://https://doi.org/10.1002/pro.4075
  21. Shibnev V.A., Deryabin P.G., Garaev T.M., Finogenova M.P., Botikov A.G., Mishin D.V. Peptide carbocyclic derivatives as inhibitors of the viroporin function of RNA-containing viruses. Bioorganicheskaya khimiya. 2017; 43(5): 491–500. https://doi.org/10.7868/S0132342317050153 (in Russian)
  22. Garaev T.M., Odnovorov A.I., Grebennikova T.V., Finogenova M.P., Sadykova G.K., Prilipov A.G., et al. Studying the effect of amino acid substitutions in the M2 ion channel of the influenza virus on the antiviral activity of the aminoadamantane derivative in vitro and in silico. Adv. Pharm. Bull. 2021; 11(4): 700–11. https://doi.org/10.34172/apb.2021.079
  23. Avdeeva V.V., Garaev T.M., Breslav N.V., Burtseva E.I., Grebennikova T.V., Zhdanov A.P., et al. New type of RNA virus replication inhibitor based on decahydro-closo-decaborate anion containing amino acid ester pendant group. J. Biol. Inorg. Chem. 2022; 27(4-5): 421–9. https://doi.org/10.1007/s00775-022-01937-4
  24. Deryabin P.G., Garaev T.M., Finogenova M.P., Odnovorov A.I. Assessment of the antiviral activity of 2HCl* H-His-Rim compound compared to the anti-influenza drug Arbidol for influenza caused by A/duck/Novosibirsk/56/05 (H5N1)(Influenza A virus, Alphainfluenzavirus, Orthomyxoviridae). Voprosy virusologii. 2019; 64(6): 268–73. https://doi.org/10.36233/0507-4088-2019-64-6-268-273 (in Russian)
  25. Shibnev V.A., Garaev T.M., Finogenova M.P., Shevchenko E.S., Burtseva E.I. Derivatives of 1-(1-adamantyl)ethylamine and their antiviral activity. Patent RF 2461544 C1; 2011. (in Russian)
  26. Garaev T.M., Grebennikova T.V., Avdeeva V.V., Malinina E.A., Kuznetsov N.T., Zhizhin K.Yu., et al. Amino acid derivative of decahydrocloso-decaborate anion and its antiviral activity against influenza A virus. Patent RF 2749006 C1; 2020. (in Russian)
  27. Avdeeva V.V., Garaev T.M., Malinina E.A., Zhizhin K.Yu., Kuznetsov N.T. Peptide carbocyclic derivatives as inhibitors of the viroporin function of RNA-containing viruses. Bioorganicheskaya khimiya. 2017; 43(5): 517–525. https://doi.org/10.7868/S0132342317050153
  28. Abreu G.E.A., Aguilar M.E.H., Covarrubias D.H., Durán F.R. Amantadine as a drug to mitigate the effects of COVID-19. Med Hypotheses. 2020; 140: 109755. https://doi.org/10.1016/j.mehy.2020.109755
  29. Yao X., Ye F., Zhang M., Cui C., Huang B., Niu P., et al. In vitro antiviral activity and projection of optimized dosing design of hydroxychloroquine for the treatment of severe acute respiratory syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2). Clin. Infect. Dis. 2020; 71(15): 732–9. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa237
  30. Wilson L., McKinlay C., Gage P., Ewart G. SARS Coronavirus E protein forms cation-selective ion channels. Virology. 2004; 330(1): 322–31. https://doi.org/10.1016/j.virol.2004.09.033

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

版权所有 © Garaev T.M., Grebennikova T.V., Avdeeva V.V., Lebedeva V.V., Larichev V.F., 2023

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».