Биоинформатические методы исследования вируса клещевого энцефалита (Tickborne encephalitis virus (TBEV)

1.

Биоинформатические методы
исследования вируса
клещевого энцефалита (Tickborne encephalitis virus (TBEV)
СНК биоинформатики МБФ
Шобик Роман
3.4.21

2.

TBEV снаружи
Черные стрелки –
100 нм
зрелые вирионы
Белые стрелки –
незрелые вирионы
Геном
С белок
Липидная мембрана
Е белок
М белок
Е белки
нуклеокапсида.
Других белков
снаружи не видно

3.

Устройство генома TBEV
• +ssRNA
• 10894 пар оснований
• 5’CAP
• 2 нетранслируемых
участка РНК (5’UTR,
3’UTR)
• 1 открытая рамка
считывания
• 3 структурных и 7
неструктурных белков

4.

Про белки
• ПП экспрессируется на гЭПР
• Затем происходит гидролиз в (черные стрелки)

5.

Поиск новых противовирусных препаратов
Плюсы
Минусы
Вирусные мишени
Нет аналогов в
организме человека =>
ниже риск побочных
эффектов
Быстрый мутагенез =>
выше риск развития
резистентности
Мишени хозяина
Человек мутирует
медленно => ниже риск
развития резистентности
Вмешательство в
функционирование
клетки =>
цитотоксичность

6.

Репозиционирование лекарственных
веществ
• Разрабатывать лекарства с нуля долго и муторно
• Лучше взять что-то, что гарантированно безопасно
• Но как и где искать?

7.

Репозиционирование лекарственных
веществ
1. Та же мишень – новый вирус: если белки гомологичны, то есть
шанс, что имеющийся препарат свяжется с ними.
Пример: репозиционирование софосбувира для лечения
лихорадки Зика.
https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2016.11.023

8.

Репозиционирование лекарственных
веществ
2. Та же мишень – новое показание: один и тот же белок
принимает участие в разных процессах, в том числе и в
развитии вирусного поражения.
Пример: активность иматиниба (противоопухолевый препарат) в
отношении SARS-Cov-1 и MERS.
https://jvi.asm.org/content/90/19/8924

9.

Репозиционирование лекарственных
веществ
3. Новая мишень – новое показание: у препарата обнаруживается
новая мишень, не связанная с его основным действием.
Пример: итраконазол (антибиотик) проявляет активность по
отношению к энтеровирусам.
https://doi.org/10.1016/j.celrep.2014.12.054

10.

Потенциальные мишени

11.

SAR/QSAR/QSPR-исследования
• Создание моделей,
которые на основании
структуры соединения
могут предсказать их
свойства (quantatuve
structure-activity
relationship)
1. Описание молекул и их
свойств в виде
дескрипторов –
значений понятных
компьютеру

12.

SAR/QSAR/QSPR-исследования
2. Создание молекулярных отпечатков разбиение молекул на участки, которые
позволят определить сходство в строении
молекул

13.

QSAR-исследования (количественные
модели)
3. Построение обучающей модели – соотнесение реального
значения свойства молекулы с предсказанным. Корректировка
модели.
- спрогнозированное значение свойства y для объекта i
- значение d-ого дескриптора
- регрессионные коэффициенты, показывающие вклад
соответствующего дескриптора в моделируемое свойство

14.

SAR-исследования (качественные модели)
3. Построение обучающей модели – соотнесение реального
свойства молекулы с предсказанным. Корректировка модели.

15.

SAR/QSAR/QSPR-исследования
4. Построение тестовой модели – анализ неизученных
соединений с целью предсказания у них желаемых свойств.

16.

SWISS MODEL
• Моделирование
третичной структуры
белка по
последовательности
аминокислот по
гомологии с
имеющимися
белками.

17.

NS5 TBEV
• Самый большой и консервативный белок вируса клещевого
энцефалита
• Имеет полимеразную и метилтрансферазную активность
• Полимеразный сайт перспективнее всего

18.

Моделирование NS5 Sofjin
• SWISS MODEL
• Выравнивание и сопоставление с
NS5 JEV

19.

NS5: нуклеозидные аналоги
• RdRp сайт => хорошая мишень для противовирусной терапии
• Терминация синтеза РНК или накопление летального количества
ошибок
• В SAR-исследованиях показано, что выраженной
противовирусной активностью должны обладать нуклеозиды с
азидной группой по 2’С атому, а также нуклеозиды,
метилированные по 4’С.

20.

7-деаза-2’С-метиладенозин
• Устойчивость есть
• Устойчивые штаммы вызывают более легкую
форму инфекции
• Перекрестная устойчивость между 2’С и 4’С не
вырабатывается
• При прекращении обработки зараженной
культуры клеток препаратом вирус возвращается в
дикую форму, чувствительную к терапии.

21.

NS3 TBEV
• N-концевой домен NS3 представляет собой трипсиноподобную
сериновую протеазу,которая взаимодействует с основной
гидрофильной областью NS2B и расщепляет вирусный
полипротеин

22.

Моделирование NS3
• SWISS MODEL
• Выравнивание и сопоставление с S7 (бычий
панкреатический ингибитор трипсина)
• Вышло не очень

23.

Ингибиторы протеаз
• Эффективных ингибиторов протеаз против TBEV нет
• Это связано со стерическими затруднениями на
подходе лиганда к активному сайту протеазы
Palmatine

24.

25.

Предсказание эволюционной динамики:
TBEV Analyzer
• Создание платформы, показывающей
накопление мутационных изменений в разных
штаммах TBEV с привязкой к территории
методом кластеризации.
1. Секвенирование
2. Выравнивание НК и АК
3. Вычисление генетической дистанции
4. Построение филогенетического дерева
5. Построение кластерона
6. Привязка к карте

26.

Предсказание эволюционной
динамики: TBEV Analyzer
1. Секвенирование
2. Выравнивание НК и АК
3. Вычисление генетической
дистанции
4. Построение
филогенетического дерева

27.

Предсказание эволюционной динамики:
TBEV Analyzer
5. Построение кластерона
• Кластерон – это группа
географически и
филогенетически (по
гликопротеину Е)
штаммов TBEV

28.

Предсказание эволюционной динамики:
TBEV Analyzer
6. Привязка к карте

29.

Спасибо за внимание!

30.

Ссылки с номерами слайдов
• 2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6071267/
• 2, 23, 24. https://europepmc.org/article/PMC/5925760
• 3, 17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3172701/
• 7,8,9. https://www.cell.com/trends/microbiology/pdf/S0966-842X(18)30087-8.pdf
• 11. Введение в хемоинформатику: 3. Моделирование «структура-свойство»: учеб. пособие / И.И. Баскин, Т.И. Маджидов,
• А.А. Варнек. – Москва, Казань, Страсбург, 2020 – 296 с.
• 16. https://swissmodel.expasy.org/interactive
• 19. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0166354216300754?via%3Dihub
• 20. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/3011893#section=Structures
• 20. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5640847/
• 23. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/search/all/?term=NP%20775507
• 23. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/19009#section=2D-Structure
• 23. https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jmedchem.5b00612
• 25. https://ieeexplore.ieee.org/document/8958021