Desarrollo de antivirales : diseño y optimización de las propiedades de inhibidores de entrada de los virus dengue y zika

Autores
Gallo, Facundo Nahuel
Año de publicación
2025
Idioma
español castellano
Tipo de recurso
tesis doctoral
Estado
versión publicada
Colaborador/a o director/a de tesis
Bollini, Mariela
Dellarole, Mariano
Descripción
El virus dengue y el virus Zika son dos arbovirus pertenecientes a la familia Flaviviridae. Ambos son causantes de graves enfermedades de gran impacto sanitario a nivel global. El principal vector responsable de la transmisión de estos virus es el mosquito Aedes aegypti, el cual se encuentra ampliamente distribuido en nuestro país y en toda la región de las Américas. En la actualidad, no existe ningún tratamiento antiviral específico aprobado para combatir la infección con estos virus. Tanto dengue como Zika son virus envueltos de genoma de ARN. La partícula viral expone en su superficie numerosas copias de la proteína de envoltura E, la cual está involucrada en las etapas tempranas de la infección. En particular, esta proteína es la responsable de la interacción con los receptores celulares de membrana, el ingreso a la célula por endocitosis, y la fusión de membranas viral y endosomal que resulta en la liberación del genoma viral al espacio intracelular. La estructura cristalográfica de la proteína E del serotipo 2 del virus dengue reveló un bolsillo hidrofóbico ocupado por una molécula de detergente n-octil-β-D-glucósido (β-OG). Varios autores han propuesto que la unión de pequeñas moléculas orgánicas al bolsillo β-OG podría bloquear la fusión de membranas y la subsecuente infección. El alineamiento de las secuencias de las proteínas E de dengue y Zika revela una alta tasa de conservación de residuos en la región del bolsillo β-OG, lo cual motiva el desarrollo de antivirales inhibidores de entrada de acción simultánea contra ambos virus. Estudios previos del laboratorio identificaron moléculas sintéticas con actividad contra el virus del dengue en el orden micromolar bajo. Sin embargo, presentaron inconvenientes a la hora de ser considerados como candidatos terapéuticos debido a su elevada toxicidad, baja solubilidad acuosa, y baja capacidad de permeabilidad de membranas. En el presente trabajo se realizó el diseño, la síntesis y la evaluación biológica de análogos de estas moléculas con el objetivo de encontrar inhibidores eficaces, con menor toxicidad y mejores propiedades farmacocinéticas. Para ello, se seleccionaron candidatos prometedores haciendo uso de herramientas computacionales, los cuales fueron sintetizados y evaluados en términos de su toxicidad celular y actividad antiviral. Luego de sucesivas rondas de optimización se halló el compuesto 19 el cual presenta menor toxicidad y mejor perfil farmacocinético, manteniendo la potencia frente al virus dengue y resultando activo también frente al virus Zika. Se llevaron a cabo ensayos biológicos y biofísicos que permitieron demostrar que el compuesto inhibe las etapas tempranas de la infección, en línea con la hipótesis de trabajo. En resumen, los resultados expuestos en esta tesis representan un avance en las investigaciones para el desarrollo de un antiviral seguro y eficaz contra los virus dengue y Zika.
Dengue virus and Zika virus are arboviruses belonging to the Flaviviridae family, both responsible for severe diseases that constitute a major global public health concern. The transmission of these viruses is mediated mainly by Aedes aegypti mosquitoes, which are widely distributed in Argentina and the Americas. Currently, there is no specific antiviral approved for the treatment of these infections. Both dengue and Zika are enveloped, positive-sense single-strained RNA viruses. The viral particle exposes several copies of the envelope protein (E) in its surface. This protein is crucial in the early stages of the infection. In particular, the envelope protein is responsible for receptor binding, virus internalization via endocytosis, and fusion of the viral and endosomal membranes, leading to the release of the viral genome into the cytoplasm. The crystal structure of dengue virus serotype 2 E protein revealed a hydrophobic pocket occupied by a molecule of the detergent n-octyl-β-D-glucoside (β-OG). Several authors have proposed that small organic molecules interacting with the β-OG pocket could block viral entry and subsequent infection. Sequence alignment of the envelope proteins of dengue and Zika viruses shows a high rate of residue conservation within the β-OG pocket region, which supports the development of entry inhibitors with dual activity against both viruses. Previous studies from our laboratory have identified synthetic molecules with low- micromolar activity against dengue virus. However, the evaluation of these molecules encountered setbacks due to their high toxicity, low aqueous solubility, and low membrane permeability. In the present work, analogs of these molecules were designed, synthesized and evaluated, aiming to find less toxic inhibitors with improved pharmacokinetic properties. For this purpose, computational approaches were used to rationally design new entities, which were synthesized and evaluated in terms of their antiviral activity and cytotoxicity. Several optimization cycles led to the discovery of compound 19, which displays lower cytotoxicity and an improved pharmacokinetic profile, maintaining the antiviral potency against dengue virus. This compound was found to be also active against Zika virus. Biological and biophysical assays were performed to determine that the compound inhibits the early stages of the infection, in line with the hypothesis proposed. In summary, the results of this work represent a step forward in the research for the development of a safe and effective antiviral against dengue and Zika.
Fil: Gallo, Facundo Nahuel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.
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Nivel de accesibilidad
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Condiciones de uso
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Repositorio
Biblioteca Digital (UBA-FCEN)
Institución
Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
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La partícula viral expone en su superficie numerosas copias de la proteína de envoltura E, la cual está involucrada en las etapas tempranas de la infección. En particular, esta proteína es la responsable de la interacción con los receptores celulares de membrana, el ingreso a la célula por endocitosis, y la fusión de membranas viral y endosomal que resulta en la liberación del genoma viral al espacio intracelular. La estructura cristalográfica de la proteína E del serotipo 2 del virus dengue reveló un bolsillo hidrofóbico ocupado por una molécula de detergente n-octil-β-D-glucósido (β-OG). Varios autores han propuesto que la unión de pequeñas moléculas orgánicas al bolsillo β-OG podría bloquear la fusión de membranas y la subsecuente infección. El alineamiento de las secuencias de las proteínas E de dengue y Zika revela una alta tasa de conservación de residuos en la región del bolsillo β-OG, lo cual motiva el desarrollo de antivirales inhibidores de entrada de acción simultánea contra ambos virus. Estudios previos del laboratorio identificaron moléculas sintéticas con actividad contra el virus del dengue en el orden micromolar bajo. Sin embargo, presentaron inconvenientes a la hora de ser considerados como candidatos terapéuticos debido a su elevada toxicidad, baja solubilidad acuosa, y baja capacidad de permeabilidad de membranas. En el presente trabajo se realizó el diseño, la síntesis y la evaluación biológica de análogos de estas moléculas con el objetivo de encontrar inhibidores eficaces, con menor toxicidad y mejores propiedades farmacocinéticas. Para ello, se seleccionaron candidatos prometedores haciendo uso de herramientas computacionales, los cuales fueron sintetizados y evaluados en términos de su toxicidad celular y actividad antiviral. Luego de sucesivas rondas de optimización se halló el compuesto 19 el cual presenta menor toxicidad y mejor perfil farmacocinético, manteniendo la potencia frente al virus dengue y resultando activo también frente al virus Zika. Se llevaron a cabo ensayos biológicos y biofísicos que permitieron demostrar que el compuesto inhibe las etapas tempranas de la infección, en línea con la hipótesis de trabajo. En resumen, los resultados expuestos en esta tesis representan un avance en las investigaciones para el desarrollo de un antiviral seguro y eficaz contra los virus dengue y Zika.Dengue virus and Zika virus are arboviruses belonging to the Flaviviridae family, both responsible for severe diseases that constitute a major global public health concern. The transmission of these viruses is mediated mainly by Aedes aegypti mosquitoes, which are widely distributed in Argentina and the Americas. Currently, there is no specific antiviral approved for the treatment of these infections. Both dengue and Zika are enveloped, positive-sense single-strained RNA viruses. The viral particle exposes several copies of the envelope protein (E) in its surface. This protein is crucial in the early stages of the infection. In particular, the envelope protein is responsible for receptor binding, virus internalization via endocytosis, and fusion of the viral and endosomal membranes, leading to the release of the viral genome into the cytoplasm. The crystal structure of dengue virus serotype 2 E protein revealed a hydrophobic pocket occupied by a molecule of the detergent n-octyl-β-D-glucoside (β-OG). Several authors have proposed that small organic molecules interacting with the β-OG pocket could block viral entry and subsequent infection. Sequence alignment of the envelope proteins of dengue and Zika viruses shows a high rate of residue conservation within the β-OG pocket region, which supports the development of entry inhibitors with dual activity against both viruses. Previous studies from our laboratory have identified synthetic molecules with low- micromolar activity against dengue virus. However, the evaluation of these molecules encountered setbacks due to their high toxicity, low aqueous solubility, and low membrane permeability. In the present work, analogs of these molecules were designed, synthesized and evaluated, aiming to find less toxic inhibitors with improved pharmacokinetic properties. For this purpose, computational approaches were used to rationally design new entities, which were synthesized and evaluated in terms of their antiviral activity and cytotoxicity. Several optimization cycles led to the discovery of compound 19, which displays lower cytotoxicity and an improved pharmacokinetic profile, maintaining the antiviral potency against dengue virus. This compound was found to be also active against Zika virus. Biological and biophysical assays were performed to determine that the compound inhibits the early stages of the infection, in line with the hypothesis proposed. In summary, the results of this work represent a step forward in the research for the development of a safe and effective antiviral against dengue and Zika.Fil: Gallo, Facundo Nahuel. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.Universidad de Buenos Aires. 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Dengue virus and Zika virus are arboviruses belonging to the Flaviviridae family, both responsible for severe diseases that constitute a major global public health concern. The transmission of these viruses is mediated mainly by Aedes aegypti mosquitoes, which are widely distributed in Argentina and the Americas. Currently, there is no specific antiviral approved for the treatment of these infections. Both dengue and Zika are enveloped, positive-sense single-strained RNA viruses. The viral particle exposes several copies of the envelope protein (E) in its surface. This protein is crucial in the early stages of the infection. In particular, the envelope protein is responsible for receptor binding, virus internalization via endocytosis, and fusion of the viral and endosomal membranes, leading to the release of the viral genome into the cytoplasm. The crystal structure of dengue virus serotype 2 E protein revealed a hydrophobic pocket occupied by a molecule of the detergent n-octyl-β-D-glucoside (β-OG). Several authors have proposed that small organic molecules interacting with the β-OG pocket could block viral entry and subsequent infection. Sequence alignment of the envelope proteins of dengue and Zika viruses shows a high rate of residue conservation within the β-OG pocket region, which supports the development of entry inhibitors with dual activity against both viruses. Previous studies from our laboratory have identified synthetic molecules with low- micromolar activity against dengue virus. However, the evaluation of these molecules encountered setbacks due to their high toxicity, low aqueous solubility, and low membrane permeability. In the present work, analogs of these molecules were designed, synthesized and evaluated, aiming to find less toxic inhibitors with improved pharmacokinetic properties. For this purpose, computational approaches were used to rationally design new entities, which were synthesized and evaluated in terms of their antiviral activity and cytotoxicity. Several optimization cycles led to the discovery of compound 19, which displays lower cytotoxicity and an improved pharmacokinetic profile, maintaining the antiviral potency against dengue virus. This compound was found to be also active against Zika virus. Biological and biophysical assays were performed to determine that the compound inhibits the early stages of the infection, in line with the hypothesis proposed. In summary, the results of this work represent a step forward in the research for the development of a safe and effective antiviral against dengue and Zika.
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description El virus dengue y el virus Zika son dos arbovirus pertenecientes a la familia Flaviviridae. Ambos son causantes de graves enfermedades de gran impacto sanitario a nivel global. El principal vector responsable de la transmisión de estos virus es el mosquito Aedes aegypti, el cual se encuentra ampliamente distribuido en nuestro país y en toda la región de las Américas. En la actualidad, no existe ningún tratamiento antiviral específico aprobado para combatir la infección con estos virus. Tanto dengue como Zika son virus envueltos de genoma de ARN. La partícula viral expone en su superficie numerosas copias de la proteína de envoltura E, la cual está involucrada en las etapas tempranas de la infección. En particular, esta proteína es la responsable de la interacción con los receptores celulares de membrana, el ingreso a la célula por endocitosis, y la fusión de membranas viral y endosomal que resulta en la liberación del genoma viral al espacio intracelular. La estructura cristalográfica de la proteína E del serotipo 2 del virus dengue reveló un bolsillo hidrofóbico ocupado por una molécula de detergente n-octil-β-D-glucósido (β-OG). Varios autores han propuesto que la unión de pequeñas moléculas orgánicas al bolsillo β-OG podría bloquear la fusión de membranas y la subsecuente infección. El alineamiento de las secuencias de las proteínas E de dengue y Zika revela una alta tasa de conservación de residuos en la región del bolsillo β-OG, lo cual motiva el desarrollo de antivirales inhibidores de entrada de acción simultánea contra ambos virus. Estudios previos del laboratorio identificaron moléculas sintéticas con actividad contra el virus del dengue en el orden micromolar bajo. Sin embargo, presentaron inconvenientes a la hora de ser considerados como candidatos terapéuticos debido a su elevada toxicidad, baja solubilidad acuosa, y baja capacidad de permeabilidad de membranas. En el presente trabajo se realizó el diseño, la síntesis y la evaluación biológica de análogos de estas moléculas con el objetivo de encontrar inhibidores eficaces, con menor toxicidad y mejores propiedades farmacocinéticas. Para ello, se seleccionaron candidatos prometedores haciendo uso de herramientas computacionales, los cuales fueron sintetizados y evaluados en términos de su toxicidad celular y actividad antiviral. Luego de sucesivas rondas de optimización se halló el compuesto 19 el cual presenta menor toxicidad y mejor perfil farmacocinético, manteniendo la potencia frente al virus dengue y resultando activo también frente al virus Zika. Se llevaron a cabo ensayos biológicos y biofísicos que permitieron demostrar que el compuesto inhibe las etapas tempranas de la infección, en línea con la hipótesis de trabajo. En resumen, los resultados expuestos en esta tesis representan un avance en las investigaciones para el desarrollo de un antiviral seguro y eficaz contra los virus dengue y Zika.
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