Antiviral Compounds Against SARS-CoV-2 (ACASA)

In 2020, we took a leap back in time, from the era of modern medicine to the great flu of 1918. The recent pandemic caught us off guard, with the same defense tools as the last century. As one group, several researchers from all over the world have turned their attention to the discovery of new antivirals. The research line based on the chemistry of nitrosocarbonyls generated from nitriloxides has been active in Pavia since 1997. Through the use of computational methods we wanted to investigate which molecules potentially active as antivirals could be accessed via these two synthetic routes. Two different enzymatic targets have been studied: RNA polymerase and protease. Docking experiments of nucleotide derivatives were conducted on the first target, characterized by different modifications of the scaffold and the heterobase, obtained through the 1,3-dipolar cycloaddition of different nitriloxides to N-benzoyl-2,3-oxazanorborn-5-ene, in the crystal structures of SARS-CoV-2 RdRp in the pre- and post-catalytic state. The docking poses were classified and compared, the best ones were subjected to molecular dynamics simulations and the trajectories analyzed focusing on the requirements necessary for catalysis. With these tools, structural modifications have been proposed to improve the affinity of compounds to the catalytic pocket. As regards the second target, Mpro, following the analyzes performed on the most representative structures identified through molecular dynamics of the dimer, two allosteric sites with good druggability characteristics were identified. By characterizing the allosteric pockets thus identified with a clustering approach, a docking screening of a database containing compounds obtainable via the chemical pathways studied in this research unit was performed on the representative structures. This allowed the selection of candidate molecules to synthesize. Antiviral activity tests are ongoing to evaluate the agreement between computational predictions and the biological systems studied.

Nel 2020 è stato un fatto un salto a ritroso nel tempo, dall’era della medicina moderna alla grande influenza del 1918. La recente pandemia ci ha colti di sprovvista, con i medesimi strumenti di difesa del secolo scorso. Come un unico gruppo diversi ricercatori da tutto il mondo hanno rivolto la loro attenzione alla scoperta di nuovi antivirali. A Pavia dal 1997 è attiva la linea di ricerca basata sulla chimica dei nitrosocarbonili generati a partire dai nitrilossidi. Tramite l’utilizzo di metodi computazionali si è voluto indagare a quali molecole potenzialmente attive come antivirali si potesse accedere tramite queste due vie sintetiche. Si sono studiati due diversi target enzimatici: RNA polimerasi e proteasi. Sul primo target sono stati condotti esperimenti di docking di derivati nucleotidici, caratterizzati da diverse modifiche dello scaffold e dell’eterobase, ottenuti mediante la cicloaddizione 1,3-dipolare di diversi nitrilossidi all'N-benzoil-2,3-ossazanorborn-5-ene, nelle strutture cristalline di SARS-CoV-2 RdRp nello stato pre- e post-catalitico. Le pose di docking sono state classificate e confrontate, le migliori sono state sottoposte a simulazioni di dinamica molecolare e le traiettorie analizzate focalizzandosi sui requisiti necessari alla catalisi. Con questi strumenti sono state proposte modifiche strutturali, per migliorare l'affinità dei composti alla tasca catalitica. Per quanto riguarda il secondo target, Mpro, in seguito alle analisi eseguite sulle strutture più rappresentative identificate attraverso dinamica molecolare del dimero, si sono individuati due siti allosterici con buone caratteristiche di druggability. Caratterizzando le tasche allosteriche così identificate con un approccio di clustering, è stato eseguito sulle strutture rappresentative un docking screening di un database contenente composti ottenibili tramite le vie chimiche studiate in questa unità di ricerca. Ciò ha permesso la selezione di candidate molecules da sintetizzare. Test di attività antivirale sono in corso per valutare l’accordo tra previsioni computazionali ed i sistemi biologici studiati.