Вопросы вирусологии. 2020; 65: 16-20
Производные адамантана, способные ингибировать репродукцию резистентного к римантадину штамма вируса гриппа А(H1N1)pdm09 (Influenza A virus, Alphainfluenzavirus, Orthomyxoviridae)
https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-1-16-20Аннотация
Введение. Соединения адамантанового ряда, такие как римантадин и амантадин, долгое время применяли для лечения заболеваний, вызванных вирусом гриппа А. Однако в результате возникших мутаций вирусы гриппа приобрели резистентность к аминоадамантанам. Мишенью для этих препаратов служил белковый канал М2. Виропорин М2 в белковой оболочке вируса гриппа А образует достаточно специфичные ионные каналы диаметром около 11 Å, специализирующиеся на транспорте ионов водорода внутрь вирусной частицы (вириона). Восстановление противовирусных свойств препаратов адамантанового ряда заключается в подборе дополнительных функциональных групп, связанных карбоциклом, для поиска новых сайтов связывания с белком мишенью М2.
Цель исследования – выявление противовирусных свойств адамантановых производных в отношении пандемического штамма вируса гриппа А in vitro.
Материал и методы. Соединения аминоадамантанов с аминокислотами и другими органическими молекулами были получены методами классического пептидного синтеза. Структура соединения подтверждена современными физико-химическими методами. Противовирусные свойства синтетических соединений были изучены in vitro на монослое клеток MDCK, инфицированных пандемическим штаммом вируса гриппа А/California/07/2009 в двух схемах введения исследуемых соединений и вируса.
Результаты. Эталонный штамм вируса гриппа A/California/07/2009(H1N1) был в разной мере чувствителен к тестируемым соединениям. Противовирусную активность соединений выражали в виде 50% ингибирующей дозы (ИД50), которая составила от 0,5 до 2,5 мкМ, что в целом неплохой показатель в отношении штамма, резистентного к римантадину/амантадину.
Обсуждение. ИД50 для соединений, вносимых за 2 ч до контакта с вирусом, была несколько выше, чем при одномоментном внесении вещества и вируса. Эффект увеличения ингибирующей концентрации в профилактической схеме внесения соединений был справедлив для всех соединений эксперимента.
Заключение. Представленные синтетические соединения активны в отношении варианта вируса гриппа А, резистентного к римантадину и амантадину. Полученные соединения могут быть использованы в качестве модельных структур для создания нового препарата прямого действия против современных штаммов вируса гриппа А.
Список литературы
1. Андреева-Ковалевская Ж.И., Солонин А.С., Синева Е.В., Терновский В.И. Пороформирующие белки и адаптация организмов к условиям окружающей среды. Успехи биологической химии. 2008; 48: 267-318.
2. Palese P., Shaw M.L. Orthomyxoviridae: The Viruses and Their Replication. In: Knipe D.M., Howley P.M., eds. Fields Virology. Volume 2. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2007: 1647-89.
3. Cheng J., Zhu W., Wang Y., Yan X., Li Z., Tang Y., et al. The openclose mechanism of M2 channel protein in influenza A virus: A computational study on the hydrogen bonds and cation-π interactions among His37 and Trp41. Sci. China Ser. B-Chem. 2008; 51: 755-68. http://doi.org/10.1007/s11426-008-0087-3
4. Tang Y., Zaitseva F., Lamb R.A., Pinto L.H. The gate of the influenza virus M2 proton channel is formed by a single tryptophan residue. J. Biol. Chem. 2002; 277(42): 39880-6. http://doi.org/10.1074/jbc.M206582200
5. Deyde V.M., Xu X., Bright R.A., Shaw M., Smith C.B., Zhang Y., et al. Surveillance of resistance to adamantanes among influenza A(H3N2) and A(H1N1) viruses isolated worldwide. J. Infect. Dis. 2007; 196(2): 249-57. http://doi.org/10.1086/518936
6. Pielak R.M., Schnell J.R., Chou J.J. Mechanism of drug inhibition and drug resistance of influenza A M2 channel. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009; 106(18): 7379-84. http://doi.org/10.1073/pnas.0902548106
7. Shibnev V.A., Garaev T.M., Finogenova M.P., Shevchenko E.S., Burtseva E.I. New adamantane derivatives can overcome resistance of influenza A(H1N1)pdm2009 and A(H3N2) viruses to remantadine. Bull. Exp. Biol. Med. 2012; 153(2): 233-5. http://doi.org/10.1007/s10517-012-1684-x
8. Hu W., Zeng S., Li C., Jie Y., Li Z., Chen L. Identification of hits as matrix-2 protein inhibitors through the focused screening of a small primary amine library. J. Med. Chem. 2010; 53(9): 3831-4. http://doi.org/10.1021/jm901664a
9. Wang J., Ma C., Balannik V., Pinto L.H., Lamb R.A., Degrado W.F. Exploring the Requirements for the Hydrophobic Scaffold and Polar Amine in inhibitors of M2 from Influenza A Virus. ACS Med. Chem. Lett. 2011; 2(4): 307-12. http://doi.org/10.1021/ml100297w
10. Wang J., Ma C., Fiorin G., Carnevale V., Wang T., Hu F., et al. Molecular dynamics simulation directed rational design of inhibitors targeting drug-resistant mutants of influenza A virus M2. J. Am. Chem. Soc. 2011; 133(32): 12834-41. http://doi.org/10.1021/ja204969m
11. Шибнев В.А., Дерябин П.Г., Гараев Т.М., Финогенова М.П., Ботиков А.Г., Мишин Д.В. Пептидные производные карбоциклов как ингибиторы функции виропоринов РНК-содержащих вирусов. Биоорганическая химия. 2017; 43(5): 491-500. http://doi.org/10.7868/S0132342317050153
12. Шибнев В.А., Дерябин П.Г., Бурцева Е.И., Гараев Т.М., Финогенова М.П., Кириллова Е.С. и др. Адамантиламиды серосодержащих кислот и их противогриппозная активность. Патент RF №2617850; 2015.
13. Бурцева Е.И., Шевченко Е.С., Ленева И.А., Меркулова Л.Н., Оскерко Т.А., Шляпникова О.В. и др. Чувствительность к ремантадину и арбидолу вирусов гриппа, вызвавших эпидемические подъемы заболеваемости в России в сезоне 2004-2005 гг. Вопросы вирусологии. 2007; 52(2): 24-9.
14. Лeнeвa И.A., Фадеева Н.И., Федякина И.T., Гуськова Т.А., Христова М.Л., Соколова М.В. Применение иммуноферментной индикации вирусспецифических антигенов в изучении нового противовирусного препарата. Химико-фармацевтический журнал. 1994; 28(9): 4-15.
15. Cady S.D., Wang T., Hong M. Membrane-dependent effects of a cytoplasmic helix on the structure and drug binding of the influenza virus M2 protein. J. Am. Chem. Soc. 2011; 133(30): 11572-9. http://doi.org/10.1021/ja202051n
Problems of Virology. 2020; 65: 16-20
Adamantan derivatives capable of inhibiting the reproduction of a Rimantadine resistant strain of influenza A(H1N1)pdm09 virus (Influenza A virus, Alphainfluenzavirus, Orthomyxoviridae)
https://doi.org/10.36233/0507-4088-2020-65-1-16-20Abstract
Introduction. Adamantanthane-type drugs such as rimantadine and amantadine have long been used to treat diseases caused by influenza A virus. However, as a result of the mutations, influenza viruses have become resistant to aminoadamantans. The target for these drugs was the protein channel M2. Influenza A virus M2 viroporin in the protein shell forms fairly specific ion channels with a diameter of about 11 Å, specializing in transporting protons inside the viral particle (virion). Restoration of the antiviral properties of adamantanthane-type drugs consists in the selection of advanced functional groups bound by the carbocycle to find new sites of binding to the protein target M2.
The рurpose of the study is to identify the antiviral properties of new adamantanum derivatives to the pandemic strain of influenza A virus in vitro.
Material and methods. Compounds of aminoadamantans with amino acids and other organic molecules were obtained by classical peptide synthesis methods. The structure of the compound was tested by means of physical and chemical methods. Antiviral properties of synthetic compounds were studied in vitro on monolayer MDCK cells infected with pandemic strain of influenza A/California/07/2009 virus in two schemes of administration of investigated compounds and virus.
Results. The reference strain of the influenza virus A/California/07/2009(H1N1) was sensitive to the compounds under test in varying degrees. The antiviral activity of the compounds was expressed in a 50% inhibitory concentration (IС50) ranging from 0.5 to 2.5 мкM, which is generally a good indicator for the Rimantadine/Amantadine resistant strain.
Discussion. The values of the IС50 for compounds introduced two hours before contact with the virus were slightly higher than those for single-moment introduction of the substance and virus. The effect of increasing the inhibitory concentration in the prophylactic scheme of compounds was valid for all compounds of the experiment.
Conclusion. The presented synthetic compounds are active against the variant of influenza A virus resistant to Rimantadine and Amantadine preparations. The obtained compounds can be used as model structures for creation of a new drug of direct action against advanced strains of influenza A virus.
References
1. Andreeva-Kovalevskaya Zh.I., Solonin A.S., Sineva E.V., Ternovskii V.I. Poroformiruyushchie belki i adaptatsiya organizmov k usloviyam okruzhayushchei sredy. Uspekhi biologicheskoi khimii. 2008; 48: 267-318.
2. Palese P., Shaw M.L. Orthomyxoviridae: The Viruses and Their Replication. In: Knipe D.M., Howley P.M., eds. Fields Virology. Volume 2. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2007: 1647-89.
3. Cheng J., Zhu W., Wang Y., Yan X., Li Z., Tang Y., et al. The openclose mechanism of M2 channel protein in influenza A virus: A computational study on the hydrogen bonds and cation-π interactions among His37 and Trp41. Sci. China Ser. B-Chem. 2008; 51: 755-68. http://doi.org/10.1007/s11426-008-0087-3
4. Tang Y., Zaitseva F., Lamb R.A., Pinto L.H. The gate of the influenza virus M2 proton channel is formed by a single tryptophan residue. J. Biol. Chem. 2002; 277(42): 39880-6. http://doi.org/10.1074/jbc.M206582200
5. Deyde V.M., Xu X., Bright R.A., Shaw M., Smith C.B., Zhang Y., et al. Surveillance of resistance to adamantanes among influenza A(H3N2) and A(H1N1) viruses isolated worldwide. J. Infect. Dis. 2007; 196(2): 249-57. http://doi.org/10.1086/518936
6. Pielak R.M., Schnell J.R., Chou J.J. Mechanism of drug inhibition and drug resistance of influenza A M2 channel. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009; 106(18): 7379-84. http://doi.org/10.1073/pnas.0902548106
7. Shibnev V.A., Garaev T.M., Finogenova M.P., Shevchenko E.S., Burtseva E.I. New adamantane derivatives can overcome resistance of influenza A(H1N1)pdm2009 and A(H3N2) viruses to remantadine. Bull. Exp. Biol. Med. 2012; 153(2): 233-5. http://doi.org/10.1007/s10517-012-1684-x
8. Hu W., Zeng S., Li C., Jie Y., Li Z., Chen L. Identification of hits as matrix-2 protein inhibitors through the focused screening of a small primary amine library. J. Med. Chem. 2010; 53(9): 3831-4. http://doi.org/10.1021/jm901664a
9. Wang J., Ma C., Balannik V., Pinto L.H., Lamb R.A., Degrado W.F. Exploring the Requirements for the Hydrophobic Scaffold and Polar Amine in inhibitors of M2 from Influenza A Virus. ACS Med. Chem. Lett. 2011; 2(4): 307-12. http://doi.org/10.1021/ml100297w
10. Wang J., Ma C., Fiorin G., Carnevale V., Wang T., Hu F., et al. Molecular dynamics simulation directed rational design of inhibitors targeting drug-resistant mutants of influenza A virus M2. J. Am. Chem. Soc. 2011; 133(32): 12834-41. http://doi.org/10.1021/ja204969m
11. Shibnev V.A., Deryabin P.G., Garaev T.M., Finogenova M.P., Botikov A.G., Mishin D.V. Peptidnye proizvodnye karbotsiklov kak ingibitory funktsii viroporinov RNK-soderzhashchikh virusov. Bioorganicheskaya khimiya. 2017; 43(5): 491-500. http://doi.org/10.7868/S0132342317050153
12. Shibnev V.A., Deryabin P.G., Burtseva E.I., Garaev T.M., Finogenova M.P., Kirillova E.S. i dr. Adamantilamidy serosoderzhashchikh kislot i ikh protivogrippoznaya aktivnost'. Patent RF №2617850; 2015.
13. Burtseva E.I., Shevchenko E.S., Leneva I.A., Merkulova L.N., Oskerko T.A., Shlyapnikova O.V. i dr. Chuvstvitel'nost' k remantadinu i arbidolu virusov grippa, vyzvavshikh epidemicheskie pod\"emy zabolevaemosti v Rossii v sezone 2004-2005 gg. Voprosy virusologii. 2007; 52(2): 24-9.
14. Leneva I.A., Fadeeva N.I., Fedyakina I.T., Gus'kova T.A., Khristova M.L., Sokolova M.V. Primenenie immunofermentnoi indikatsii virusspetsificheskikh antigenov v izuchenii novogo protivovirusnogo preparata. Khimiko-farmatsevticheskii zhurnal. 1994; 28(9): 4-15.
15. Cady S.D., Wang T., Hong M. Membrane-dependent effects of a cytoplasmic helix on the structure and drug binding of the influenza virus M2 protein. J. Am. Chem. Soc. 2011; 133(30): 11572-9. http://doi.org/10.1021/ja202051n
