Alkol Bağımlılığı Tedavisinde Kullanılan İlaçlar Covid-19’a Karşı da Potansiyel Olarak Etkili midir?
Sorun: Yeni koronavirüs tedavilerinin geliştirilmesi ve denemeleri dört ila yedi yıl arasında sürebilir. Ancak milyonlarca hastanın şu anda tedaviye ihtiyacı var. Doktorlar canla başla çalışarak virüse karşı etkili ilaçlar (veya ilaç kombinasyonları) arıyorlar. Bu arada kimyagerler mevcut ilaçlar içerisinden hangisinin en etkili olduğunu tahmin edebilirler.
Çözüm: Rus araştırmacılar; ‘’Üstten Yerleştirme’’ adı verilen özel bir moleküler modelleme yöntemi geliştirdiler. Bu yöntemi, SARS-CoV-2 için hayati öneme sahip olan bir proteinin tüm yüzeyini keşfetmek için kullandılar. Sonrasında bunu bir dizi bilinen ilaçla karşılaştırdılar. Araştırılan ilaçlardan iki tanesinin potansiyel olarak virüsün enzimini etkisiz hale getirdiğini ve çoğalmasını durdurabildiğini keşfettiler. Bu iki ilaçtan biri alkol bağımlılığını tedavi etmek için diğeri ise kanser tedavisinde kullanılıyor.
→ HSE Üniversitesi ve Zelinsky Organik Kimya Enstitüsü’nden bir kimyager ekibi, uzun süredir bilinen iki ilacın SARS-CoV-2 ile savaşması için kullanılabileceğini tespit etmek için moleküler modellemeyi kullandılar. Araştırma sonuçlarında bunlar alkolizm tedavisinde kullanılan disülfiram ve meme kanserini tedavi etmek için kullanılan deneysel bir ilaç olan neratinib olarak ortaya çıktı. Her iki ilaçta da SARS-CoV-2 virüsünün ana proteazı olan Mpro’nun potansiyel kovalent inhibitörleridir. Bu inhibitörler SARS-CoV-2 replikasyonundan (genetik meteryalini kopyalamak ve yeni virüs partiküllerini oluşturmak) sorumlu olan anahtar bir enzimdir. Keşifle ilgili makale Mendeleev Communications Journal’ın Temmuz sayısında yayınlandı.
Bu Ne Hakkında?
→Koranavirüs ilk olarak uzun zaman önce, 1965’te akut solunum yolu enfeksiyonu olan bir hastada tespit edildi. Ancak insanlık bu ailenin gerçekten tehlikeli temsilcileriyle karşı karşıya kaldığı zaman sadece sadece yirmi yıl önceydi. Ne yazık ki, ilk SARS-CoV-2 salgını 2002-2004’te Asya’yı (çoğunlukla Çin) terk etmediğinden ve 2012-2015’teki MERS salgını sadece Suudi Arabistan ve Kore’yi ciddi şekilde etkilediğinden, küresel ilaç endüstrisi koronavirüsler için etkili tedaviler geliştirmek için neredeyse hiç çaba göstermedi. Testler ve ilaçlar neredeyse sadece veterinerlik ihtiyaçları için aktif olarak geliştirildi.
→Daha önceki salgınlarda geniş spektrumlu ilaçlar kullanılıyordu, ancak Çin Wuhan’daki sağlık görevlilerinin deneyimi bunun yeterli olmadığını gösterdi. Dünyanın dört bir yanında ki klinisyenler, HIV (lopinavir ve ritonavir), sıtma (klorokin ve hidroksiklorokin) ve diğer hastalıkları tedavi etmek için kullanılan ilaçların kullanımı ile çeşitli deneysel protokolleri denemek zorundaydılar. Ancak araştırmacılardan bazıları sadece doğru tedaviyi bulmak istiyordu ve gözleri tedaviden başka hiçbir şey görmüyordu bu sebeple çeşitli deneysel protokolleri denemeyi riske bile attılar.
→Küresel ilaç endüstrisi habersiz yakalanmıştı ve yeni ilaçlar üretmek için yeterli zamanı yoktu. Potansiyel olarak etkili maddeler tespit edilse bile klinik öncesi ve klinik denemeleri dört ila yedi yıl arasında sürecektir. Bu nedenle en makul çözüm, insan sağlığı için güvenli olduğu kanıtlanmış ve bilinen ilaçlar arasında araştırma yapmak olmuştur. Bu yol –ilacın yeniden değerlendirilmesi- uzun zamandır etkili bir şekilde kullanılmaktadır. Tek sorumuz ise şu; koronavirüsle savaşıp savaşmayacaklarını nasıl öğreneceğiz?
→ Bilgisayar modellemesi yardımcı olabilir. Bu yaklaşım siliko olarak adlandırılır benzer şekilde; in vivo (canlı bir vücutta) ve in vitro (bir test tüpünde). Yüzlerce farklı ilacı test etmek, potansiyel etkinliğini ve etki mekanizmasını belirlemek için sayısal modellerin kullanılmasına izin verir. HES Üniversitesi ve RAS Zelinsky Organik Kimya Enstitüsü’ndeki kimyagerler uzun yıllardır bu tür araştırmayı yürütüyor. 2014 yılında Lösemi tedavisini ve 2017 de romatoid artrit tedavisini modellediler. Böyle bir geçmişe sahip olan araştırmacılar, 2020’de SARS-CoV-2 tedavisi arayışına atladılar.
Nasıl Çalışıyorlar ?
→Koronavirüs, diğer birçok virüs gibi, oldukça hızlı bir şekilde mutasyona uğrar. Genomu, genetik kodun yaklaşık 30.000 nükleotidine özgü ‘yapı taşları’ içerir. Ortalama olarak, bir mutasyon veya daha kesin olarak, bir SNP (tek nükleotid polimorfizmi) bir virüs RNA’sında her iki haftada bir gerçekleşir. Bu yeni SARS-CoV-2 türlerinin düzenli olarak ortaya çıktığı anlamına gelir. Yalnızca Rusya’da diğer ülkelerde bulunmayan dokuz benzersiz SARS-CoV-2 soyu vardır.
→Bu nedenle, virüsün evrimi sırasında mutasyona daha az maruz kalan yapısal unsurları, potansiyel tedavi için bir hedef olarak seçilmelidir. Aksi takdirde, bir soya karşı etkili bir ilaç artık diğerine karşı etkili olmayacaktır. Bunun için en iyi adaylar SARS-CoV-2 virüsü ana proteaz Mpro gibi konservatif proteinlerdir. Mutasyonları dirençli olmasının yanı sıra, Mpro koronavirüs replikasyonunda önemli bir rol oynar. Bu da inhibisyonunun (işlevini bloke ederek) vücut içinde çoğalmasını yavaşlatabileceği veya tamamen durdurabileceği anlamına gelir.
→Genellikle, bir liman iskelesine ve ona yanaşan bir gemide olduğu gibi yerleştirme işlemi, basit durumlarda moleküler modelleme için kullanılır. İki molekül yerleştirmeye katılır. Biri ‘Ligand’ olarak adlandırılır (burada bir ilaçtır), diğeri ise ‘Dock’ için kullanılabilen Mpro gibi hedef proteinin ‘reseptörü’ (veya aktif bölgesidir). Etkili bir ilaç, enzimi işlevsiz hale getiren veya yok eden kovalent bağlantılar yoluyla aktif bölgeye yerleştirilir.
Fotoğraf: Küçük bir ligand molekülünün (mavi) protein reseptörü (kırmızı) ile kenetlenmesinin görselleştirmesi.
→ Yerleştirme işlemini simüle etmek için, araştırmacıların ilaç molekülünün kesin olarak uzaysal yapısını (bunlar özel veri tabanlarında mevcuttur) ve hedef proteinin aktif bölgesinin kesin konfigürasyonunu bilmeleri gerekir. Burada araştırmacılar ilk olarak şu zorlukla karşılaşabilir: Bu tür düzinelerce hatta yüzlerce site olabilir ve bunlar uzayda sabitlenmemiştir. SARS-CoV-2’de klasik yerleştirmenin çalışmasının nedeni de budur.
→ Bu sorunun üstesinden gelmek için HSE Üniversitesi ve Zelinsky Enstütüsü’nden kimyagerler, pandemiden kısa bir süre önce buldukları ‘Üstten Yerleştirme’ yi kullanmayı karar verdiler. Daha önce açıklanan aktif bölgeye odaklanmamaya karar verdiler, ancak büyük hesaplama güçlerinin yararlı ‘yerleştirmeler’ sağlayacağını umarak Mprotein’in tüm yüzeyini birçok ilaçla araştırmaya karar verdiler.
→Araştırmacılar, Ocak 2020’de PDB veritabanından (ID 6LU7) oluşturulan SARS-CoV-2 Mpro’nun üç boyutlu modelini kullandılar. Potansiyel ilaçlar Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından onaylanan ilaç veri tabanından alınmıştır. Modelleme için araştırma ekibinin kendi algoritmalarını kullandılar.
Sonuç Olarak
→Modelleme verileri, kükürt içeren ilaçların SARS-CoV-2 ana proteaz Mpro’nun aktif merkezinde alışılmadık derecede yüksek ‘ligand’ etkinliği gösterdiğini ancak sadece disülfiram 4’ün kararlı etkileşimleri koruduğunu göstermiştir.
Fotoğraf : Disülfiramın yapı formülü
→Günümüzde, disülfiram asetaldehit dehidrojenaz enzimini inhibe ettiğinden, en yaygın olarak alkolizm tedavisinde kullanılmaktadır. Bunun bir sonucu olarak, karaciğerdeki etanolün dönüşümü asetaldehit aşamasında durur. Vücuttaki konsantrasyonu artar, bu da hastalık; kusma ve aşırı ağrı eşliğinde akut zehirlenmeye yol açar. Son olarak alkol bağımlıları, alkol içeren içeceklerin kokusuna ve tadına karşı şartlandırılmış bir tiksinti refleksi kazanırlar. Bu, disülfiramın yeni koronavirüse karşı etkinliği doğrulanırsa, bunun Rusya’daki iki sorunu aynı anda çözmeye yardımcı olacağı ve aynı zamanda popülasyondaki alkol bağımlılığını azaltacağı anlamına gelir.
→Disülfiram, SARS-CoV-2 ile iki şekilde savaşır. İlk olarak, daha önce SARS ve MERS koronavirüsleri ile in vitro olarak gösterildiği gibi, kovalent bir inhibitördür. Buna ek olarak antioksidan olan azaltılmış glutatyonda önemli bir azaltma derece hastalığı azaltır ve COVİD-19 semptomlarıyla savaşır. Bunun eksikliği hastalığın ciddi belirtilerine yol açabilir.
→Disülfiram’a ek olarak, Rus kimyagerler, geri dönüşümsüz bir tirozin kinaz inhibitörü olan neratibin’in SARS-CoV-2’ye karşı potansiyel etkinliğini tahmin eden ilk kişilerdi. Daha yakın zamanlarda, 2017’de FDA, neratinib’i meme kanserinin adjuvant tedavisi olarak onayladı.
Bu Nasıl Kullanılabilir?
→Modelleme, ana koronavirüs proteazının (Mpro) her iki potansiyel inhibitörünün de muhtemelen kovalent olduğunu göstermiştir. Örneğin, disülfiram muhtemelen Mpro enzimatik aktivitesini tiyol-disülfit değişim reaksiyonu ile bloke edilebilir. Neratinib bağlanması ise kovalent peptit inhibitörlerine benzer şekilde kovalent etkileşim olasılığını gösterir.
→Herhangi bir modellemenin sadece bu tür etkileşimleri tahmin edebileceğini, ancak varlığını kanıtlayamayacağını açığa kavuşturmak önemlidir. Araştırma döngüsü en az üç aşamadan oluşur: modelleme, potansiyel olarak aktif yapıların sentezi ve gerekli aktivitenin biyolojik testi. Tek başına modelleme, tıpkı diğer teorik araştırmalar gibi, deneysel onayları takip etmeden hiçbir şey ifade etmez. Bu yüzden şimdi ‘ üstten yerleştirme’ parçası olarak alınan sonuçları doğrulamak için kapsamlı pratik çalışmaların zamanı geldi.
→ ABD’de sertifikalı bir laboratuvar olan Reaction Biology Corp.’da 27 Temmuz 2020’de yapılan testler, disülfiramın Mpro’yu 100 nm konsantrasyonuna inhibe ettiğini ve bu da modelleme sonuçlarını doğruladığını gösterdi. Ne yazık ki, ikinci madde –neratinib- Mpro üzerinde aktivite gösterdi, ancak klinik kullanım için bu yetersizdi. 1 Eylül 2020’de klinisyenler, SARS-CoV-2 hastalarının in vitro ve deneysel tedavilerinde ilaç denemelerine başlayacaklar .
→Çinli biyokimyacılar, Rus araştırmacılardan aynı anda ve bağımsız olarak aktif yapılar için büyük bir deneysel araştırma gerçekleştirdiler. Ayrıca disülfiramin’in SARS-CoV-2 virüsü ana proteaz Mpro’ ya olan potansiyel aktivitesini tespit ettiler. Maalesef, bunu Rus kimyagerlerden iki hafta önce yaptılar, bu yüzden Nature’daki yayın onların (Ağustos ayında yayınlanacak). Bu, biyolojik deneyler için modelleme ve yetenekler için güçlü hesaplama kaynaklarına sahip olmanın öneminin ek kanıtı olarak hizmet eder.
●Üst düzey bir Rus kimya dergisinde sonuçları hemen ‘yayınlamak’ için bir fırsata ihtiyacımız var. Ve sadece birkaçı var. Ne yazık ki, sadece 1. ve 2. Çeyrek dergilerdeki yayınları onaylarsak, son derece uluslararası olan bu tür Rus dergileri asla görünmeyecektir. (Igor Svitanko, Bilim Doktoru (Kimya), HSE Organik Kimya Bölümü’nde Profesör ve RAS Zelinsky Organik Kimya Enstitüsü)
→ Bu süre içerisinde, ana başarı, ‘üstten yerleştirme’ yaklaşımının işe yaradığını, oldukça gerçekçi ve kontrol edilebilir sonuçlar verdiğini göstermektedir. Ekibin 2020 ve 2021’in sonlarına yönelik planları, zararlılıklarını gösteren ancak henüz dünyaya yayılmamış hastalıklar için tedavilerin moleküler modellemesini içeriyor.
→ Herhangi bir moleküler modellemenin önemli hesaplama kaynakları gerektirdiğini belirtmek önemlidir ve HSE Üniversitesi ile işbirliği yapmadan önce kimyagerler, kendi yöntemlerini sadece çok sınırlı bir süre için kullanabildiler. Bugün, mevcut ilaçlar arasında arama yapmalarına ve yeni farmasötik ürünlerin hedefli sentezini gerçekleştirmelerine yardımcı olabilecek HSE Üniversitesi’nin güçlü süper bilgisayarına erişebiliyorlar.
→Bu, bir üniversite ile bir Rus Bilimler Akademisi Enstitüsü arasındaki verimli işbirliğinin mükemmel bir örneğidir. Bu tür akademik işbirliğinde bariz bir sonraki adım HSE Üniversitesi’nde bir moleküler modelleme laboratuvarı düzenlemektir. Bu laboratuvar sadece ilaç üretmekle kalmayacak, aynı zamanda çeşitli kimyasal süreçleri hem yerleştirme hem de diğer basit yöntemlerle, daha evrensel ve karmaşık kuantum kimya yöntemleriyle modelleyecektir.
→Bu arada, küresel kimya topluluğu bir sonraki zorlukla karşı karşıya – Çin’de yakın zamanda tespit edilen bir domuz gribi olan G4 EA H1N1 virüsünün proteini için bir inhibitörün yapısını modellemeye çalışacaklar. Araştırmacılar bu enfeksiyonun çok daha tehlikeli olduğuna ve bir insandan insana COVİD-19’dan daha hızlı aktarıldığına inanıyorlar. Bununla başa çıkmak için, araştırmacıların hem kaynaklar hem de araçlar açısından desteğe, aynı zamanda verimli akademik çalışmaya ve öncelik belirleme konusunda desteğe ihtiyaçları olacaktır.
Referans:Victor S. Stroylova ve Igor V.Svitanko, 4 Ağustos 2020, Mendeleev Communications tarafından “varsayılan SARS-CoV-2 ana proteaz inhibitörleri olarak disülfiram ve neratinibin hesaplamalı tanımlaması”.
Kaynak : scitechdaily.com
