Phát Hiện Hợp Chất Ức Chế Enzym Protease (Mpro và PLpro) Của Virus SARS-CoV-2

Tài liệu nghiên cứu Kl hup phát hiện hợp chất ức chế enzym protease mpro và plpro của virus sars cov 2 sử dụng mô phỏng, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Lê Đăng Huy
• Người hướng dẫn: PGS. Phạm Thế Hải
• Trường học: Đại học Dược Hà Nội
• Chuyên ngành: Dược sĩ
• Đề tài: Phát Hiện Hợp Chất Ức Chế Enzym Protease Của Virus SARS-CoV-2
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về protease của SARS-CoV-2
• 1.2. Cấu trúc và bước đầu quá trình dịch mã của virus SARS-CoV-2
• 1.3. Protease của virus SARS-CoV-2
• 1.4. Sự tương đồng giữa các chủng coronavirus
• 1.5. Cấu trúc của Mpro và PLpro
• 1.6. Tổng quan về mô phỏng động lực học phân tử
• 1.7. Đại cương về mô phỏng động lực học phân tử
• 1.8. Năng lượng tự do liên kết
• 2. CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU, THIẾT BỊ, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
• 2.1. Nguyên liệu và thiết bị
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.4. Xây dựng mô hình 2D QSAR và sàng lọc sơ bộ
• 2.5. Mô phỏng docking
• 2.6. Mô phỏng động lực học phân tử
• 2.7. Kiểm tra tính ổn định của phức hợp
• 2.8. Tính toán năng lượng tự do liên kết
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Xây dựng mô hình 2D QSAR và sàng lọc sơ bộ
• 3.2. Mô phỏng docking
• 3.3. Mô phỏng động lực học phân tử
• 3.4. Ưu điểm của phương pháp
• 3.5. Nhược điểm của phương pháp
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Enzym Protease SARS CoV 2 Cấu Trúc Chức Năng

Đại dịch COVID-19 do SARS-CoV-2 gây ra là một thách thức toàn cầu. Virus này ảnh hưởng đến nhiều cơ quan, gây ra các triệu chứng từ nhẹ đến nặng. Việc phát triển thuốc điều trị COVID-19 là vô cùng cấp thiết. Enzym protease SARS-CoV-2, đặc biệt là Mpro và PLpro, đóng vai trò quan trọng trong quá trình nhân lên của virus. Nghiên cứu tập trung vào việc tìm kiếm các hợp chất ức chế protease để ngăn chặn sự phát triển của virus. Các phương pháp thiết kế thuốc dựa trên công nghệ thông tin (CADD) ngày càng được áp dụng rộng rãi để tiết kiệm thời gian và chi phí.

1.1. Cấu trúc bộ gen và quá trình dịch mã của SARS CoV 2

SARS-CoV-2 là một loại coronavirus thuộc nhóm beta, có cấu trúc đặc trưng với sợi đơn ARN dương tính. Bộ gen của virus mã hóa các protein cấu trúc chính (S, E, M, N) và nhiều protein phi cấu trúc (nsp). Sau khi xâm nhập vào tế bào chủ, bộ gen được dịch mã để tạo ra các polyprotein, sau đó được phân cắt bởi các enzym protease như Mpro và PLpro. Quá trình này giải phóng các nsp cần thiết cho sự nhân lên của virus. Theo tài liệu gốc, hai phần ba bộ gen tính từ đầu 5’ bao gồm hai khung đọc mở (ORF 1 a và ORF 1 b) được dịch mã thành hai polyprotein (ppla và pplab) thông qua cơ chế chuyển dịch khung ribosome.

1.2. Vai trò của protease Mpro và PLpro trong vòng đời virus

Protease Mpro (3CLpro) và PLpro là hai enzym protease quan trọng của SARS-CoV-2. Chúng chịu trách nhiệm phân cắt các polyprotein thành các protein chức năng, cần thiết cho sự nhân lên của virus. Mpro phân cắt tại 11 vị trí trên polyprotein, trong khi PLpro có vai trò phức tạp hơn, bao gồm cả việc loại bỏ ubiquitin và ISG15 từ các protein của tế bào chủ, giúp virus trốn tránh hệ miễn dịch. Do đó, việc ức chế protease SARS-CoV-2 là một chiến lược đầy hứa hẹn để phát triển thuốc kháng virus.

II. Thách Thức Phát Triển Thuốc Ức Chế Protease SARS CoV 2 Hiệu Quả

Việc phát triển thuốc ức chế protease SARS-CoV-2 hiệu quả đối mặt với nhiều thách thức. Cần tìm kiếm các hợp chất ức chế protease có hoạt tính cao, chọn lọc và ít độc tính. Các biến thể SARS-CoV-2 có thể làm giảm hiệu quả của thuốc. Cần có các phương pháp sàng lọc và đánh giá hoạt tính nhanh chóng và chính xác. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc hiểu rõ cơ chế ức chế protease và tương tác thuốc-protein để tối ưu hóa cấu trúc và hiệu quả điều trị của thuốc.

2.1. Vấn đề kháng thuốc và sự xuất hiện của các biến thể SARS CoV 2

Sự xuất hiện của các biến thể SARS-CoV-2 là một thách thức lớn trong việc phát triển thuốc kháng virus. Các đột biến trong bộ gen của virus có thể làm thay đổi cấu trúc của enzym protease, làm giảm khả năng liên kết của thuốc và dẫn đến kháng thuốc. Do đó, cần có các nghiên cứu liên tục để theo dõi sự tiến hóa của virus và phát triển các loại thuốc có thể chống lại các biến thể SARS-CoV-2 mới.

2.2. Yêu cầu về độ chọn lọc và độc tính của chất ức chế protease

Một chất ức chế protease lý tưởng cần có độ chọn lọc cao đối với enzym protease SARS-CoV-2, tránh ảnh hưởng đến các protease khác trong cơ thể người. Độc tính của thuốc cũng là một yếu tố quan trọng cần xem xét. Các nghiên cứu cần tập trung vào việc đánh giá dược động học và dược lực học của thuốc để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi sử dụng trên người.

III. Phương Pháp Sàng Lọc Hợp Chất Ức Chế Protease SARS CoV 2

Các phương pháp sàng lọc hợp chất ức chế protease bao gồm sàng lọc in silico, thử nghiệm in vitro và thử nghiệm lâm sàng. Sàng lọc in silico sử dụng mô hình hóa phân tử và docking phân tử để dự đoán khả năng liên kết của các hợp chất với enzym protease. Thử nghiệm in vitro đánh giá hoạt tính ức chế protease của các hợp chất trong môi trường phòng thí nghiệm. Thử nghiệm lâm sàng đánh giá hiệu quả điều trị và độ an toàn của thuốc trên người.

3.1. Ứng dụng tin sinh học và hóa tin học trong sàng lọc in silico

Tin sinh học và hóa tin học đóng vai trò quan trọng trong việc sàng lọc hợp chất ức chế protease in silico. Các công cụ mô hình hóa phân tử và docking phân tử cho phép dự đoán khả năng liên kết của các hợp chất với enzym protease SARS-CoV-2. Các phương pháp học máy (Machine Learning) và trí tuệ nhân tạo (AI) có thể được sử dụng để xây dựng các mô hình dự đoán hoạt tính và tối ưu hóa cấu trúc của hợp chất.

3.2. Thử nghiệm in vitro đánh giá hoạt tính ức chế protease

Thử nghiệm in vitro là bước quan trọng để xác nhận hoạt tính ức chế protease của các hợp chất được sàng lọc in silico. Các thử nghiệm này sử dụng các enzym protease SARS-CoV-2 tái tổ hợp và các cơ chất đặc hiệu để đo lường khả năng ức chế protease của các hợp chất. Kết quả thử nghiệm in vitro cung cấp thông tin quan trọng về cơ chế ức chế protease và giúp lựa chọn các chất ức chế protease tiềm năng để phát triển thành thuốc.

IV. Mô Phỏng Động Lực Học Phân Tử Đánh Giá Tương Tác Thuốc Protein

Mô phỏng động lực học phân tử (MD) là một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu tương tác thuốc-protein. MD cho phép mô phỏng chuyển động của các nguyên tử trong phân tử theo thời gian, cung cấp thông tin chi tiết về sự ổn định của phức hợp thuốc-protein, các liên kết hydro và tương tác kỵ nước giữa thuốc và protein. MD giúp hiểu rõ cơ chế ức chế protease và tối ưu hóa cấu trúc của hợp chất ức chế protease.

4.1. Phân tích liên kết hydro và tương tác kỵ nước trong túi liên kết

Liên kết hydro và tương tác kỵ nước đóng vai trò quan trọng trong sự liên kết của hợp chất ức chế protease với enzym protease SARS-CoV-2. Mô phỏng động lực học phân tử cho phép phân tích chi tiết các liên kết hydro và tương tác kỵ nước trong túi liên kết, giúp xác định các vị trí quan trọng cho sự liên kết và tối ưu hóa cấu trúc của hợp chất.

4.2. Đánh giá độ ổn định của phức hợp thuốc protein theo thời gian

Mô phỏng động lực học phân tử cho phép đánh giá độ ổn định của phức hợp thuốc-protein theo thời gian. Bằng cách mô phỏng chuyển động của các nguyên tử trong phân tử, MD có thể xác định các thay đổi cấu trúc và năng lượng của phức hợp, giúp đánh giá khả năng duy trì liên kết của thuốc với protein và dự đoán hiệu quả điều trị.

V. Ứng Dụng Thực Tiễn Phát Hiện Hợp Chất Tiềm Năng Từ Tự Nhiên

Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc tìm kiếm hợp chất ức chế protease từ nguồn gốc tự nhiên. Các hợp chất tự nhiên có thể có hoạt tính sinh học cao và ít độc tính. Các phương pháp sàng lọc và mô phỏng động lực học phân tử đã được sử dụng để xác định các hợp chất tiềm năng từ thực vật, vi sinh vật và các nguồn gốc tự nhiên khác. Các hợp chất này có thể là tiền chất để phát triển thuốc điều trị COVID-19.

5.1. Sàng lọc hợp chất từ thư viện hợp chất tự nhiên và tổng hợp

Việc sàng lọc hợp chất từ thư viện hợp chất tự nhiên và hợp chất tổng hợp là một phương pháp hiệu quả để tìm kiếm chất ức chế protease tiềm năng. Các thư viện này chứa hàng ngàn hợp chất khác nhau, cung cấp một nguồn tài nguyên phong phú cho việc phát triển thuốc kháng virus. Các phương pháp sàng lọc in silico và thử nghiệm in vitro được sử dụng để xác định các hợp chất có hoạt tính cao và chọn lọc.

5.2. Tối ưu hóa cấu trúc và đánh giá dược động học dược lực học

Sau khi xác định được các hợp chất tiềm năng, cần tối ưu hóa cấu trúc của chúng để tăng hoạt tính ức chế protease và giảm độc tính. Các nghiên cứu dược động học và dược lực học được thực hiện để đánh giá khả năng hấp thụ, phân phối, chuyển hóa và thải trừ của thuốc trong cơ thể, cũng như tác dụng của thuốc lên mục tiêu sinh học. Kết quả của các nghiên cứu này giúp lựa chọn các hợp chất có tiềm năng phát triển thành thuốc điều trị COVID-19.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Ức Chế Protease SARS CoV 2

Việc phát hiện hợp chất ức chế protease SARS-CoV-2 là một hướng đi đầy hứa hẹn trong việc phát triển thuốc điều trị COVID-19. Các phương pháp sàng lọc và mô phỏng động lực học phân tử đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các hợp chất tiềm năng và hiểu rõ cơ chế ức chế protease. Các nghiên cứu cần tiếp tục tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc, đánh giá dược động học, dược lực học và độ an toàn của thuốc để đưa ra các giải pháp điều trị hiệu quả và an toàn.

6.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu liên tục và hợp tác quốc tế

Nghiên cứu liên tục và hợp tác quốc tế là rất quan trọng trong cuộc chiến chống lại SARS-CoV-2. Sự hợp tác giữa các nhà khoa học, các tổ chức nghiên cứu và các công ty dược phẩm trên toàn thế giới giúp chia sẻ thông tin, tài nguyên và kinh nghiệm, đẩy nhanh quá trình phát triển thuốc điều trị COVID-19.

6.2. Hướng nghiên cứu tương lai về chất ức chế protease phổ rộng

Hướng nghiên cứu tương lai cần tập trung vào việc phát triển chất ức chế protease phổ rộng, có khả năng chống lại nhiều loại coronavirus khác nhau, bao gồm cả các biến thể SARS-CoV-2 mới và các coronavirus gây bệnh trong tương lai. Điều này giúp chuẩn bị sẵn sàng cho các đại dịch tiềm năng và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN 1. Tổng quan về protease của SARS-CoV-2 1. Cấu trúc và bước đầu quá trình dịch mã của virus SARS-CoV-2 Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) gây ra hội chứng hô hấp cấp tính nghiêm trọng, biểu hiện trên lâm sàng bao gồm sốt, ho khan và mệt mỏi và thường có liên quan đến phổi. SARS-CoV-2 dễ lây lan, có vật chủ là động vật hoang dã hoặc người [51].

Có bốn phân nhóm chính của coronavirus là a, p, Ỵ và ô, trong đó SARS-CoV-2 là một loại p coronavirus [69]. Nhìn chung cấu trúc của SARS-CoV-2 mang đặc trưng của các chủng coronavirus, chứa sợi đơn ARN dương tính với đầu 5’ và đuôi 3’ poly-A, mã hóa bổn protein cấu trúc chính (S: gai; E: vỏ; M: màng; N: nucleocapsid) và nhiều protein phi cấu trúc (nsp). Hạt virion coronavirus thường có hình tròn hoặc nhiều hình dạng, có đường kính 120-160 nm. Protein s làm trung gian cho sự gắn kết của virus và hợp nhất màng trong quá trình lây nhiễm.

Protein M có 218-263 acid amin, có đầu tận cùng N được biến đối bởi một O- hoặc N-glycan và một đầu tận cùng c ưa nước. Protein E, 74- 109 acid amin, có thể tham gia vào việc thúc đấy độc lực của virus; thường có khoảng 20 bản sao của protein này trên môi virion. Protein N của coronavirus, 349-470 acid amin, là một protein được phosphoryl hóa liên kết với ARN, tạo điều kiện thuận lợi cho việc gấp bộ gen ARN vào nucleocapsid một cách thích họp [29]. Chu kỳ xâm nhập và sao chép tế bào bắt đầu khi virus xâm nhập vào tế bào chủ, dẫn đến sự dung hợp màng tế bào - virus.

Sau quá trình nhập bào và thoát vở, hai phần ba bộ gen tính từ đầu 5 ’ bao gồm hai khung đọc mở (ORF 1 a và ORF 1 b) được dịch mã thành hai polyprotein (ppla và pplab) thông qua cơ chế chuyển dịch khung ribosome. Hai polyprotein được phân cắt để tạo ra 16 protein phi cấu trúc, trong đó bao gồm hai cystein protease là Mpro (main protease hay 3-chymotrypsin-like protease, được mã hóa bởi nsp5) và PLpro (papain-like protease, được mã hóa trong nsp3) [22]. Những protease này là yếu tố chính cho sự phân cắt protein, đóng vai trò quan trọng trong vòng đời của virus. Bên cạnh việc phân cắt các cơ chất của virus, chúng cũng có thế sửa đối hoặc vô hiệu hóa hoạt động của các protein tế bào, do đó làm tăng khả năng tương thích đối với virus [36].

Bước đầu quá trình dịch mã được thể hiện ở Hình 1. nsp3 nspll Ệ Ệ Ệ Ệ nsp3 Ribosomal frameshift Ậ PL proteinase 3CL protease Hình 1. Bộ gen và bước đâu quá trình dịch mã của virus SARS-CoV-2 2 1. Protease của virus SARS-CoV-2 1.

Sự tương đồng giữa các chủng coronavirus Tương tự như những phát hiện liên quan đến SARS-CoV [13] và coronavirus gây hội chứng hô hấp Trung Đông (MERS-CoV) [67], SARS-CoV-2 được cho là lai giữa các loài để khởi phát các bệnh nhiễm trùng sơ cấp ở người; hiện nay nó lây lan chú yếu qua đường lây truyền từ người sang người. Trình tự bộ gen của SARS-CoV-2 có sự đồng nhất đến 80% với SARS-CoV và 50% với MERS-CoV [33]. Mặc dù giữa các chủng có những đột biến khác nhau, các protein quan trọng của các coronavirus được bảo tồn rất cao vì hầu hết các đột biến trong các protein này đều gây chết virus, trong đó có Mpro và PLpro [68]. A al pi P2 P3 ni n2 MproISARS-CoV-2 ----- » TT 2_p_p_p.

1 10 30» 4 0 20 SO MproISARS-CoV-2 __ FRgjAF ■^ SGggKMgaP kPEg SGgVEHCMVQVTCG DV^Y7J 2 1 TLNGLWLDgMVHCPRHVyC ISTSE dSSln PNY MproISARS-CoV GPLGS^FR^IAF SGpJdKMgjP SGgVEgCMVQVTCG K G dtBy^^ T LN G L w L DgjjVHC p RH VmC tae DMLN iS ^mjviPNY MproIMERS-CoV LvfaSsH SgB5kmE|3p SGraVE0CMVQVTCG D A SJM tlnglwldKE 33pny NT vljcprhvlJc p ADQ[L|SD Catalytic dyad a2 n3 p4 P5 P6 P7 P8 MproISARS-CoV-2 * TT---------- TT 60 70 80 90 10 0 110I MproISARS-CoV-2 D LLI rk[s _NHgFfflVQ NraLgWA. iEEsEHn CVHK0K __ TAR |Kg jKWK VRĨ1Q PGgHF GN|VQ LRVMGHgMQ LWLSVDiENPSTPSYSF vriq pgMIf SggjsfjLPBA. laasBwNc GNVQ lrvmghHmq MproISARS-CoV MproIMERS-CoV D LLI RK NHgFfflVQ A LLI SM tEEnhsf sH sBH ỉÍKH I GAP AN lrvEgh0 vq A' L0 R0 slH llql ■ mq]GT lS kht KEE vd PE T npstpsysf vd33 HS varnp sEE tp0 yHf TTVK pgEEf aht S EE P9 pio 011 _ P12 MproISARS—CoV—2 ► TT -► TT TT TT ““ ► TT TT 120 130 140 150 160 ★ 170 MproISARS-CoV-2 s SgVYQC JMRP nFS SVLACYNGgP0G H F t I KG s F L N GSCGSVG FNIDYDCVS FCYMHglMEL SSjH p Tgv MproISARS-CoV svlacyngSp G YQC gMRPNgTIKGSFL sras H H N GSCGSVG FNID YDC|VS FCYMHgMEL T0V p G MproIMERS-CoV SVLACYNG0P RQT G T FT SmrpnWtikgsfl c GSCGSVG YTKEGSV IN FCYMHMMEL Q AN G T H Catalytic dyad pl3 a3 a4 MproISARS-CoV-2 —► TT P_Q_Q_Q_O_Q_P_Q_CLQ_Q_Q_Q. 18 0 190I 200• 210• 220• 230 MproISARS-CoV—2 MproISARS-CoV MproIMERS—CoV a5 a6 a7 MproISARS—CoV—2 P-QJLQ.

P_O_O_O_O_O_O_O_Q_O_O_Q_O_O_ TT TT 24 0 250 2 60 27 0 2 80 2 90 • • 1 • • MproISARS-CoV-2 kySíỹ|epltqdhvd I|L|GPgs|A|Q ♦ v]l dHc asEke LfflQNgM GggG RT ILGSgJLEDEFT A G^Jg RT ILGSH MproISARS-CoV MproIMERS-CoV V w KYNYEPLTQDHVD IilJGPgsWQ ANQFTEFVGTQ. S[V]DM0A[y]K s VLDMCAALKE LgQNBM IEqIiJlYAJ. QQ0YT0F G0Sg KQ T JLEDEFT ILGsf T 2LEDEFT a8 MproISARS-CoV-2 300 MproISARS-CoV-2 PrjDVggQ^GVmQ MproISARS-CoV MproIMERS—CoV pP0D ss®Egv33® SdvV^QrjjGVnjQ 3 B pi P2 al ni P5r PLproISARS—CoV—2 0000n ► T T"^ TT A n A 1 10 20 3 0• 4 0 5 0• • • PLproISARS-CoV-2. evrW kHft vDggNgưiT T igvrmT NIgjL VVDMSM TY G 2Q0G FgPT|Y|LD PLproISARS-CoV T IgV^TVD^NgflT.

evkW kwft NW LV|DMSM TY G 3qS fH g pT|Y|LD PLproIMERS-CoV gpqlÊBeblv GV0F V VlỊnNKN TY R 3Q0G LHCVFiFN a2 a3 P6 07 a4 PLproISARS-CoV-2 £_Q_Q_QJL. -QJLQSEQJL ÍLQJLQJBLQJL2JL2_2. 60 70 8 0 90 10 0 110 PLproISARS-CoV—2 IeWy DDTLRV. EpjFgYRHTTfflP FLgR M sg LNHTKK D ShMGgY SSWK YPQVNGLTglgWA S0K IDNNCYL ATALL PLproISARS-CoV IeWy DDTLRS.EWFgYyHTLfflE F flBr M Sh LNHTKK D saflGgY sAk^dnnc YL SSVLL FPQVGGLTgigWA PLproIMERS-CoV 2e0Y ụ LTADETKALK0LHGPV0PT D H0F sp KAAVHG FL0R S0K®DNNCYL mvvcdkvrBlSls NAỊVIM Catalytic triad (15 a6 a7 PLpro I SARS-CoV-2 SLQ.

TT 12 0 130 140 15 0 16 0 17 0 PLproISARS-CoV-2 T0QQÍI .Iel KFRgPALQraA NP DMYY ARA AANrac D ret s Y lJFQi A N L WJCgKnVgE L Grav FBALIgAYHNgTKG PLproISARS-CoV A0QQ L NA ALQgA L. EVI KF^P EgY ARA L^sraKgvme l gR FBALIgAYgNraTKG AANrac D v r e t|mít H|L|L QI A N PLproIMERS-CoV T L DLLKDI KFrajPALQ0A VI H0F M hkIg stdH"I ali“ayH f0 c S G nst F g APD0ASRL D HTML A A E 08 P9 a8 pio a9 pil pi2 PLproISARS-CoV-2 T. cIkIrH V ln V vH c k tICG QQQTT0K Y G Lfs Y|e]QF[k]K gIvQ I P0T L JGKIE0VM0M0T A __ KQATKY LV Q c ICG PLproISARS-CoV PLproIMERS-CoV E. cc bakrH V lnvvH cggcG A MBWREWSNVHsJl V c‘Hcg KDVV0Q LHGSgA^Y^G kh __ QKTTTgT L iGEr EQVMHM TL s YDNLKTGVSIp cracG K0C A G Q[T|V|E]D LRARIMtIY V0Q - CQyjgv V^RDATQY LV Q c■ ]CG GERHRQ LV E P13 P14 P15 P16 P17 PLproISARS—CoV—2 ► TT TT 240 250 2 60 270 280 290 PLproISARS-CoV-2 QESPFVMMgAPraAQYElLlKHG s p T F TCASEYT G.

NYQCl GHYfflH Kg I K D GAL LT PLproISARS-CoV QESSFVMmH s apHp aEYKLQQG T F lcaWeyt G. NYQcj ghyH T0I h K D GAH LT PLproIMERS-CoV H t|t|p|WLLlB p E K l(v|t T SQA s g T0N F a F|N|V|FQ| G IETAV ghyH T p D0V h VQjAjRLOGG K L[I LKF D SGTVS Catalytic triad Catalytic triad P18 P19 PLpro I SARS-CoV-2 300 3 10 PLproISARS-CoV-2 FlYlKeSSsWtt|T I. PLproISARS-CoV fWketsWttti. PLproIMERS-CoV LEp G q|kSss|d c n Hình 1.

Sự bắt cặp nhiều trình tự trên Mpro (A) và PLpro (B) ở ba chủng coronavirus ở người (SARS-CoV-2, SARS-CoV, MERS-CoV). Các cấu trúc thứ cấp được thể hiện ở dòng đầu tiên mỗi hàng. Xoắn a được biểu thị bằng chuỗi xoắn và nếp gấp p được biểu thị bằng mũi tên. Các acid amin bảo tồn tuyệt đối được đảnh dấu bằng màu đỏ và acid amin bảo tồn tương đối được đánh dấu bằng màu vàng.

Acid amỉn xúc tác được đánh dấu bằng hình tam giác màu xanh. Sự bắt cặp được thực hiện bằng ClustalW và hiển thị bằng ESpript 3. Bắt cặp nhiều trình tự giữa các các chủng coronavirus trên Mpro và PLpro được thể hiện trong Hình 1. Trình tự của Mpro trên SARS-CoV-2 giống 96% so với SARS- CoV Mpro và 50% so với MERS-CoV, trong khi trình tự của PLpro trên SARS-CoV-2 giống 83% và 31% so với SARS-CoV và MERS-CoV tương ứng.

Hầu hết các đặc điểm trong cấu trúc di truyền được bảo tồn giữa các chủng coronavirus khác nhau. Ngoài ra, Mpro và PLpro cho thấy sự bảo tồn mạnh mẽ trong cấu trúc ba chiều (Hình 1. Những 4 điều này làm cho Mpro và PLpro trở thành mục tiêu tiềm năng đế phát triến các tác nhân điều trị kháng virus phố rộng và giảm nguy cơ kháng thuốc qua trung gian đột biến ở các chủng virus nguy hiếm trong tương lai. xếp chồng các cấu trúc monomer của Mpro (A) and PLpro (B) trên SARS- CoV-2 (hồng), SARS-CoV (xanh ngọc), và MERS-CoV (xanh lá).

Cấu trúc của Mpro và PLpro Mpro Mpro (main protease, hay protease giống 3-chymotrypsin) được mã hóa bởi nsp5 và chỉ hoạt động ở dạng dimer (các monomer riêng lẻ không hoạt động về mặt enzym) [26]. Trong SARS-CoV-2 và SARS-CoV, tất cả các acid amin tham gia vào hoạt động 5 xúc tác, liên kết cơ chất và dimer hóa đều được bảo toàn 100%. Ngoài ra các trình tự polyprotein pplab giống nhau là 86% và các vị trí phân cắt Mpro hầu như không thay đổi [7]. Mpro bước đầu sẽ tự trưởng thành từ các polyprotein thông qua quá trình tự động phân cắt và sau đó phân cắt ppla và pplab tại 11 vị trí (được biểu thị qua các mũi tên màu xanh ngọc trong Hình 1.1) để giải phóng các nsp từ 4 đến 16.

Sự phân cắt cơ chất tuân theo mô hình chung: X- (Leu/Phe/Met)-Glnị(Gly/Ala/Ser)-X (X là bất kỳ acid amin nào; ị là vị trí phân cắt). Hiện tại không có protease nào ở tế bào chủ có đặc tính phân cắt tương tự như Mpro được báo cáo, do đó các chất ức chế Mpro có thể hạn chế được tác dụng không mong muốn đối với cơ thể [24]. Mỗi đơn vị cấu trúc của Mpro được chia thành ba miền (Hình 1. Mien I và miền II là các thùng p (P-barrels) cấu tạo bởi 6 dải đối song.

Miền III là một cụm hình cầu (globular cluster) tạo bởi 5 vòng xoắn a và được nối với miền II bằng một vùng mạch loop dài. Bộ đôi xúc tác (Cysl45-His41) nằm trong khe giữa mien I và mien II. Miền III được coi là rất quan trọng đối với quá trình dimer hóa [20]. Do đó, sự phát triển của các chất ức chế chống lại enzyme này đã được thực hiện theo hai hướng: (i) nhắm vào túi liên kết cơ chất đế ngăn chặn hoạt động xúc tác và (ii) ức chế phản ứng dimer hóa.

Bộ đôi xúc tác được bảo tồn tuyệt đối giữa các chủng coronavirus khác nhau, thuận lợi để trở thành chất ức chế phổ rộng (Hình 1. Quá trình xúc tác của Mpro nhằm phân cat protein được minh họa trong Hình 1.