Por meio de uma técnica conhecida como reposicionamento de fármacos, pesquisadores do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (ICB-USP) encontraram sete possíveis medicamentos para inibir a replicação do novo coronavírus. Os produtos já são aprovados pela Food and Drug Administration (FDA, agência reguladora dos Estados Unidos), o que facilitaria o avanço para testes clínicos caso sua eficácia seja comprovada in vitro, nos testes feitos com linhagens celulares.

Os resultados da pesquisa – apoiada pela FAPESP por meio de três projetos foram publicados no Journal of Biomolecular Structure and Dynamics.

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A investigação teve como foco a enzima 3CLpro do SARS-CoV-2, considerada essencial para a replicação do vírus. Por meio de técnicas de aprendizado de máquina, os cientistas testaram mais de 11 mil moléculas e selecionaram aquelas que mostraram maior afinidade com a molécula-alvo, bem como maior estabilidade dentro do sítio ativo – região da proteína onde ocorre a reação química.

“Essas predições computacionais que fizemos elegeram sete moléculas que podem ser promissoras para testes em células. Se funcionarem in vitro, podemos vê-las sendo testadas em humanos. A vantagem de testar remédios que já existem no mercado é que os efeitos de toxicidade e efeitos colaterais já são amplamente conhecidos”, destaca Cristiane Guzzo, coordenadora do estudo. “Por isso, após validação em ensaios in vitro, seria possível fazer testes clínicos em pacientes com COVID-19.”

A descoberta também pode ser importante para estabelecer os critérios e as propriedades que o medicamento deve ter para inibir a enzima 3CLpro. “Nós vimos que os melhores compostos são aqueles que interagem favoravelmente com cinco resíduos específicos de aminoácidos da enzima. Portanto, esses resíduos podem ser usados para descobrir outros inibidores”, explica o pós-doutorando Anacleto Silva de Souza, primeiro autor do artigo.

Atuação da enzima

A 3CLpro do coronavírus é uma protease responsável por quebrar uma cadeia de proteínas virais (poliproteína) em suas subunidades funcionais, permitindo assim a replicação do RNA e a montagem de novas partículas virais que infectarão outras células. A hipótese é que, ao inibir a 3CLpro, ela não consiga exercer a sua função e o vírus deixe de se replicar e proliferar, diminuindo a carga viral e a gravidade da doença.

Trata-se de um alvo diferente de outros estudos, muitos deles focados na proteína spike, que fica na superfície do vírus e é responsável pela interação com a célula hospedeira. “Escolhemos a 3CLpro porque já havia uma quantidade considerável de informação sobre ela, em razão de mais de 15 anos de pesquisa com a 3CLpro do SARS-CoV [coronavírus que causou a epidemia de síndrome respiratória aguda grave entre 2002 e 2003]”, diz Guzzo.

Metodologia

Para simular a interação dos medicamentos com a protease, os pesquisadores elaboraram três modelos matemáticos, utilizando redes neurais artificiais e dois modelos de regressão. Esses modelos quantitativos, conhecidos como QSAR, tiveram como base informações da literatura sobre moléculas que já eram conhecidas por terem propriedades inibitórias contra a enzima 3CLpro.

Com os modelos de QSAR, foi feita uma predição de afinidade de 11 mil moléculas, utilizando a base de dados Drugbank, repositório que combina dados químicos e farmacológicos detalhados a respeito de 4.300 fármacos, aproximadamente. Com base nos resultados computacionais, 2.500 moléculas foram descartadas por terem baixa afinidade com a enzima. Dos 8.500 compostos que seguiram, foram selecionadas 14 moléculas com propriedades farmacológicas diferentes (fármacos para tratamento de enxaqueca, doenças respiratórias, ação antimicrobiana e produtos naturais) para simulação computacional entre esses fármacos e a enzima.

“Para inibir a enzima, não basta só alta afinidade predita, é preciso que a molécula consiga se manter ligada ao alvo. Caso contrário, a função da enzima é reativada. Então simulamos como essas 14 moléculas se comportariam dentro do sítio ativo da 3CLpro. Realizamos uma docagem [acoplamento entre moléculas] seguida por dinâmica molecular para verificar se o composto fica estável dentro da enzima e aí sobraram sete candidatos”, explicam os pesquisadores.

Os cientistas agora pretendem confirmar essas predições em experimentos bioquímicos, por meio de clonagens da 3CLpro. Caso a descoberta seja validada, a expectativa é estabelecer parcerias com outros laboratórios do ICB para testar os fármacos in vitro.

O artigo Quantitative structure-activity relationships, molecular docking and molecular dynamics simulations reveal drug repurposing candidates as potent SARS-CoV-2 main protease inhibitors pode ser lido em: www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/07391102.2021.1958700?scroll=top&needAccess=true