Определение ингибиторов основной протеазы SARS-CoV-2 в следовых количествах компонентов алжирских растительных лекарственных средств с использованием методов in silico
https://doi.org/10.19163/2307-9266-2025-13-1-56-66
Аннотация
С древних времен эфирные масла считались источником биологически активных соединений. Было доказано, что некоторые из них обладают противовирусной активностью в отношении различных штаммов вирусов, в том числе SARS-CoV-2.
Целью данного исследования стал поиск соединений среди второстепенных компонентов, выделенных из различных ароматических и лекарственных растений, которые могут обладать возможной противовирусной активностью против COVID-19 путем молекулярного докинга в активном центре основной протеазы SARS-CoV-2.
Материалы и методы. Авторами исследованы 66 соединений, содержащихся в следовых количествах в составе эфирных масел. Соединения получены из 9 лекарственных растений, произрастающих на территории Алжира. Исследуемые соединения были включены в активный центр основной протеазы SARS-CoV-2 в качестве возможных ингибиторов SARS-CoV-2.
Результаты. Полученные результаты показывают, что только чембрен представляет собой структуру с наилучшей аффинностью в сайте связывания фермента с показателем биодоступности, равным 0,55, что подтверждает отсутствие нарушений правила Липински. Однако прогнозируется, что соединение не будет обладать биодоступностью при пероральном приёме, в связи с избыточной липофильностью (липофильность: Log Po/w (XLOGP3)=6,04>+5,0) и низкой полярностью (полярность: TPSA=0.00Ų<20 Ų). Также следует отметить, что чембрен не всасывается, не проникает в мозг и не подвергается активному оттоку из ЦНС или в просвет ЖКТ.
Заключение. Представленные результаты заслуживают более подробного описания, подтверждения, либо аннулирования с целью более эффективного и рационального использования.
Ключевые слова
Об авторах
Б. ЯбрирАлжир
доктор биологических наук, профессор, Зиана Ачур Университет Джельфы, Алжир
Алжир, 17000, BP:3117 Djelfa, Cité 05 Juillet Route Moudjbara.
А. Белхассан
Марокко
доктор, факультет естественных наук,Университет Мулая Исмаила в Мекнес, Марокко.
Марокко, BP:298 Мекнес, Марджана, 2.
Т. Лакхлифи
Марокко
профессор, лаборатория молекулярной химии и природных веществ факультета естественных наук, Университет Мулая Исмаила в Мекнес, Марокко.
Марокко, BP:298 Мекнес, Марджана, 2.
Г. С. Моран
Чили
профессор химии и методологии естественных наук, химический факультет, Университет Консепсьона, Консепсьон, Чили.
4070409, Чили, Консепсьон, Edmundo Larenas, 219
M. Буахрин
Марокко
профессор, лаборатория молекулярной химии и природных веществ, факультет естественных наук, Университет Мулая Исмаила в Мекнес, Марокко.
Марокко, BP:298 Мекнес, Марджана, 2
Л. Г. Кандия
Чили
доктор химических наук, кафедра химии окружающей среды, факультет естественных наук, Католический университет Святейшего Зачатия, Консепсьон, Чили.
Чили, Консепсьон, пр-кт Alonso de Ribera, 2850
Список литературы
1. Wang Q., Zhang Y., Wu L., Niu S., Song C., Zhang Z., Lu G., Qiao C., Hu Y., Yuen K.Y., Wang Q., Zhou H., Yan J., Qi J. Structural and functional basis of SARS-CoV-2 entry by using human ACE2 // Cell. – 2020. – Vol. 181, No. 4. – P. 894–904. DOI: 10.1016/j.cell.2020.03.045
2. Dhama K., Khan S., Tiwari R., Sircar S., Bhat S., Malik Y.S., Karam P.S., Chaicumpa W., Bonilla-Aldana D.K., Rodriguez-Morales A.J. Coronavirus Disease 2019–COVID-19 // Clin Microbiol Rev. – 2020. – Vol. 33, No. 4. – P. e00028-20. DOI: 10.1128/CMR.00028-20
3. Bonny V., Maillardb A., Mousseauxc C., Placais L., Richie Q. COVID-19: physiopathologie d’une maladie à plusieurs visages // Rev Med Interne. – 2020. – Vol. 41, No. 6. – P. 375–389. DOI: 10.1016/j.revmed.2020.05.003
4. Meo S.A., Zaidi S.Z.A., Shang T., Zhang J.Y., Al-Khlaiwi T., Bukhari I.A., Akram J., Klonoff D.C. Biological, molecular and pharmacological characteristics of chloroquine, hydroxychloroquine, convalescent plasma, and remdesivir for COVID-19 pandemic: A comparative analysis // J King Saud Univ Sci. – 2020. – Vol. 32, No. 7. – P. 3159–3166. DOI: 10.1016/j.jksus.2020.09.002
5. Wang C., Wang Z., Wang G., Lau J.Y.N., Zhang K., Li W. COVID-19 in early 2021: current status and looking forward // Sig Transduct Target Ther. – 2021. – Vol. 6. – P. 114. DOI: 10.1038/s41392-021-00527-1
6. Towler P., Staker B., Prasad S.G., Menon S., Tang J., Parsons T., Ryan D., Fisher M., Williams D., Dales N.A., Patane M.A., Pantoliano M.W. ACE2 X-ray structures reveal a large hinge-bending motion important for inhibitor binding and catalysis // J Biol Chem. – 2004. – Vol. 279, No. 17. – P. 17996–8007. DOI: 10.1074/jbc.M311191200
7. Wrapp D., Wang N., Corbett K.S., Goldsmith J.A., Hsieh C.L., Abiona O., Graham B., McLellan J.S. CryoEM structure of the 2019-nCoV spike in the perfusion conformation // Science. – 2020. – Vol. 367. – P. 1260–1263. DOI: 10.1126/science.abb2507
8. de Wit E., van Doremalen N.V., Falzarano D., Munster V.J. SARS and MERS: recent insights into emerging coronaviruses // Nat Rev Microbiol. – 2016. – Vol. 14, No. 8. – P. 523–534. DOI: 10.1038/nrmicro.2016.81
9. Hoffmann M., Kleine-Weber H., Schroeder S., Krüger N., Herrler T., Erichsen S., Schiergens TS., Herrler G., Wu N.H., Nitsche A., Mueller M.A., Drosten C., Poehlmann S. SARS-CoV-2 cell entry depends on ACE2 and TMPRSS2 and is blocked by a clinically proven protease inhibitor // Cell. – 2020. – Vol. 181, No. 2. – P. 271–280.e8. DOI: 10.1016/j.cell.2020.02.052
10. Choy K.T., Wong Y.L.A., Kaewpreedee P., Sia S.F., Chen D., Yan Hui K.P., Wing Chu D.K., Wai Chan M.C., Pak-Hang Cheung P., Huang X., Peiris M., Yen H.L. Remdesivir, lopinavir, emetine, and homoharringtonine inhibit SARS-CoV-2 replication in vitro // Antiviral Res. –2020. – Vol. 178. – P. 104786. DOI: 10.1016/j.antiviral.2020.104786
11. Savarino A., Di Trani L., Donatelli I., Cauda R., Cassone A. New insights into the antiviral effects of chloroquine. Lancet Infect Dis. 2006. – Vol. 6, No. 2. – P. 67–69. DOI: 10.1016/S1473-3099(06)70361-9
12. Dorward J.K., Gbinigie K. Lopinavir/Ritonavir: A Rapid Review of Effectiveness in COVID-19 // Pan American Health Organization. 2020.
13. Anand K., Ziebuhr J., Wadhwani P., Mesters J.R., Hilgenfeld R. Coronavirus main proteinase (CLpro) structure- basis for design of anti-SARS drugs // Science. – 2003. – Vol. 300, No. 5626. – P. 1763–1767. DOI: 10.1126/science.1085658
14. Xian Y., Zhang J., Bian Z., Zhou H., Zhang Z., Lin Z., Xu H. Bioactive natural compounds against human coronaviruses: a review and perspective // Acta Pharm Sin B. – 2020. – Vol. 10, No. 7. – P. 1163–1174. DOI: 10.1016/j.apsb.2020.06.002
15. Schnitzler P., Astani A., Reichling J. Lipids and Essential Oils as Antimicrobial Agents, John Wiley & Sons Ltd, England, 2011. – P. 239–254.
16. Ojah E.O. Exploring essential oils as prospective therapy against the ravaging Coronavirus (SARS-CoV-2) // Iberoam J Med. – 2020. – Vol. 04. – P. 322–330.
17. León-Mendez G., Pájaro-Castro N., Pájaro-Castro E., Alarcón MT., Herrera-Barros A. Essential oils as a source of bioactive molecules // Rev Colomb Cienc Quím Farm. – 2019. – Vol. 48. – P. 80–93. DOI: 10.15446/rcciquifa.v48n1.80067
18. Yabrir B. Chemical composition and biological activities of some marrubium species essential oil: a review // Chem J Mold. – 2018. – Vol. 13. – P. 8–23. DOI: 10.19261/cjm.2018.506
19. Lahlou M. Methods to study the phytochemistry and bioactivity of essential oils // Phytother Res. – 2004. – Vol. 18, No. 6. – P. 435–448. DOI: 10.1002/ptr.1465
20. Pengelly A., Bone K. The constituents of medicinal plants: An introduction to the chemistry and therapeutics of herbal medicines, second ed., Routledge, London, 1996. – P. 184.
21. Ma L., Yao L. Antiviral Effects of Plant-Derived Essential Oils and Their Components: An Updated Review. Molecules. 2020. – Vol. 25. – P. 2627.
22. Tariq S., Wani S., Rasool W., Bhat M.A., Prabhakar A., Shalla A.H., Rather M.A. A comprehensive review of the antibacterial, antifungal and antiviral potential of essential oils and their chemical constituents against drug-resistant microbial pathogens // Microb Pathog. – 2019. – Vol. 134. – P. 103580. DOI: 10.1016/j.micpath.2019.103580
23. Mani JS., Johnson J.B., Steel J.C., Broszczak D.A., Neilsen P.M., Walsh K.B., Naiker M. Natural product-derived phytochemicals as potential agents against coronaviruses: A review // Virus Res. – 2020. – Vol. 284. – P. 197989. DOI: 10.1016/j.virusres.2020.197989
24. Wani A.R., Yadav K., Khursheed A., Ahmad Rather M. An updated and comprehensive review of the antiviral potential of essential oils and their chemical constituents with special focus on their mechanism of action against various influenza and coronaviruses // Microb Pathog. – 2021. – Vol. 152. – P. 104620. DOI: 10.1016/j.micpath.2020.104620
25. Senathilake K., Samarakoon S., Tennekoon K. Virtual Screening of Inhibitors Against Spike Glycoprotein of SARS-CoV-2: A Drug Repurposing Approach. Preprints. 2020. DOI: 10.20944/preprints202003. 0042.v2
26. Omrani M., Bayati M., Mehrbod P., Nejad-Ebrahimi S. Natural products as inhibitors of COVID-19 main protease – A virtual screening by molecular docking // Pharm Sci. – 2021. – Vol. 27, Suppl. 1. – P. S135–S148. DOI: 10.34172/PS.2021.11
27. Zhang D.H., Wu K.L., Zhang X., Deng S.Q., Peng B. In silico screening of Chinese herbal medicines with the potential to directly inhibit 2019 novel coronavirus // J Integr Med. – 2020. – Vol. 18, No. 2. – P. 152–158. DOI: 10.1016/j.joim.2020.02.005
28. Elfiky A.A. SARS-CoV-2 RNA dependent RNA polymerase, No. RdRp) targeting: an in silico perspective // J Biomol Struct Dyn. – 2021. – Vol. 39, No. 9. – P. 3204–3212. DOI: 10.1080/07391102.2020.1761882
29. Yabrir B., Belhassan A., Lakhlifi T., Salgado G.M., Bouachrine M., Munoz P.C., Gerli L.C., Ramirez R.T. Minor composition compoun M.ds of Algerian herbal medicines as inhibitors of SARS-CoV-2 // J Chil Chem Soc. – 2021. – Vol. 66. – P. 5067–5074. DOI: 10.4067/S0717-97072021000105067
30. Guo S., Xie H., Lei Y., Liu B., Zhang L., Xu Y., Zuo Z. Discovery of novel inhibitors against main protease (Mpro) of SARS-CoV-2 via virtual screening and biochemical evaluation // Bioorganic Chem. – 2021. – Vol. 110. – P. 104767. DOI: 10.1016/j.bioorg.2021.104767
31. Trott O., Olson A.J. AutoDock Vina: improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function, efficient optimization, and multithreading // J Comput Chem. – 2010. – Vol. 31, No. 2. – P. 455–461. DOI: 10.1002/jcc.21334
32. Hunter C.A., Lawson K.R., Perkins J., Urch C.J. Aromatic interactions // J Chem Soc Perkin Trans.2. – 2001. – Vol. 25. – P. 651–669. DOI: 10.1039/B008495F
33. Belhassan A., Zaki H., Aouidate A., Benlyas M., Lakhlifi T., Bouachrine M. Interactions between (4Z)-hex-4-en-1-ol and 2-methylbutyl 2-methylbutanoate with olfactory receptors using computational methods // Mor J Chem. – 2019. – Vol. 7. – P. 028–035. DOI: 10.48317/IMIST.PRSM/morjchem-v7i1.12247
34. Hakmi M., Bouricha E.M., Kandoussi I., El Harti J., Ibrahimi A. Repurposing of known anti-virals as potential inhibitors for SARS-CoV-2 main protease using molecular docking analysis // Bioinformation. – 2020. – Vol. 16, No. 4. – P. 301–306. DOI: 10.6026/97320630016301
35. Aanouz I., Belhassan A., El Khatabi K., Lakhlifi T., El Idrissi M., Bouachrine M. Moroccan Medicinal plants as inhibitors of COVID-19: Computational investigations // J Biomol Struct Dyn. – 2021. – Vol. 39, No. 8. – P. 2971–2979. DOI: 10.1080/07391102.2020.1758790
36. Hernández-Santoyo A., Tenorio-Barajas Y., Altuzar V., Vivanco-Cid H., Mendoza-Barrera C. Protein-Protein and Protein-Ligand Docking // Intech open science/open mind. – 2013. – Vol. 3. – P. 63. DOI: 10.5772/56376
37. Lipinski C.A., Franc D., Ombardo I., Dominy W.B., Feeney P.J. Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings // Adv Drug Deliv Rev. – 1997. – Vol. 23, No. 1-3. – P. 3–25. DOI: 10.1016/S0169-409X(96)00423-1
38. Pires D.E.V., Blundell T.L., Ascher D.B. pkCSM: Predicting Small-Molecule Pharmacokinetic and Toxicity Properties Using Graph-Based Signatures // J Med Chem. – 2015. – Vol. 58. –P. 4066–4072. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b00104
39. Zhao Y.H., Abraham M.H., Le J., Hersey A., Luscombe C.N., Beck G., Sherborne B., Cooper I. Rate-Limited Steps of Human Oral Absorption and QSAR Studies // Pharm Res. – 2002. – Vol. 19, No. 10. – P. 1446–1457. DOI: 10.1023/a:1020444330011
40. de Waterbeemd H.V., Gifford E. ADMET in silico modelling: towards prediction paradise? // Nat Rev Drug Discov. – 2003. – Vol. 2. – P. 192–204. DOI: 10.1038/nrd1032
41. Daina A., Michielin O., Zoete V. Swiss ADME: a free web tool to evaluate pharmacokinetics, drug- likeness and medicinal chemistry friendliness of small molecules // Sci Rep. – 2017. – Vol. 7. – P. 42717. DOI: 10.1038/srep42717
42. Loizzo M.R., Antoine M.S., Rosa T., Giancarlo A.S., Francesco M., Gambarid I.R., Cinatle J., Doerre H.W. Phytochemical Analysis and in vitro Antiviral Activities of the Essential Oils of Seven Lebanon Species // Chem Biodrivers. – 2008. – Vol. 5, No. 3. – P. 461–470. DOI: 10.1002/cbdv.200890045
43. Dob T., Dahmane D., Chelghoum C. Essential Oil Composition of Juniperus Oxycedrus Growing in Algeria // Pharm Biol. – 2006. – Vol. 44. – P. 1–6. DOI: 10.1080/13880200500530922
44. Marshall J.A. Synthesis of Cembranoid Natural Products by Intramolecular SE′ Additions of Allylic Stannanes to Ynals // Strategies and Tactics in Organic. – 1991. – Vol. 9. – P. 347–379. DOI: 10.1016/B978-0-08-092430-4.50015-9
45. Tius M.A. Synthesis of cembranes and cembranolides // Chem Rev. – 1988. – Vol. 88. – P. 719–732. DOI: 10.1021/cr00087a001
46. Han Y., Zhang J., Hu C.Q., Zhang X., Ma B., Zhang P. In silico ADME and Toxicity Prediction of Ceftazidime and its Impurities // Front Pharmacol. – 2019. – Vol. 10. – P. 1–12. DOI: 10.3389/fphar.2019.00434
47. Liang L.F, Guo Y.W. Terpenes from the Soft Corals of the Genus Sarcophyton-Chemistry and Biological Activities // Chem Biodivers. – 2013. – Vol. 10, No. 12. – P. 2161–2196. DOI: 10.1002/cbdv.201200122
48. Hegazy M.E.F., Mohamed T.A., Alhammady M.A., Shaheen A.M., Reda E.H., Elshamy A.I., Aziz M., Paré P.W. Molecular Architecture and Biomedical Leads of Terpenes from Red Sea Marine Invertebrates // Mar Drugs. – 2015. – Vol. 13, No. 5. – P. 3154–3181. DOI: 10.3390/md13053154
49. Hegazy M.E.F., Elshamy A.I., Mohamed T.A., Hamed A.R., Ibrahim M.A.A., Ohta S., Paré P.W. Cembrene Diterpenoids with Ether Linkages from Sarcophyton ehrenbergi- An Anti-Proliferation and Molecular-Docking Assessment // Mar Drugs. – 2017. – Vol. 15, No. 6. – P. 192.DOI: 10.3390/md15060192
50. Arthur D.E., Uzairu A. Molecular docking studies on the interaction of NCI anticancer analogues with human Phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate 3-kinase catalytic subunit // J King Saud Uni Sci. – 2019. – Vol. 31. – P. 1151–1166. DOI: 10.1016/j.jksus.2019.01.011
51. Belhassan A., Chtita S., Zaki H., Lakhlifi T., Bouachrine M. Molecular docking analysis of N-substituted oseltamivir derivatives with the SARS-Cov-2 main protease // Bioinformation. – 2020. – Vol. 16. – P. 404–410. DOI: 10.6026/97320630016404
52. Pyka Babuska M., Zachariasz M. A comparison of theoretical methods of calculation of partition coefficients for selected drugs // Acta Pol Pharm. – 2006. – Vol. 63. – P. 159–167.
53. Morguuchi I., Hirono S., Nakagomie I., Hirano H. Comparison of reliability of log P values for drugs calculated by several methods // Chem Pharm Bull. – 1994. – Vol. 42. – P. 976–978. DOI: 10.1248/cpb.42.976
54. Lipinski C.A. Lead- and drug-like compounds- the rule-of-five revolution // Drug Discov Today Technol. – 2004. – Vol. 1, No. 4. – P. 337–341. DOI: 10.1016/j.ddtec.2004.11.007
55. Gleeson P. Generation of a Set of Simple, Interpretable ADMET Rules of Thumb // J Med Chem. – 2008. – Vol. 51. – P. 817–834. DOI: 10.1021/jm701122q
56. Martin Y.C. A Bioavailability Score // J Med Chem. – 2005. – Vol. 48. – P. 3164–3170. DOI: 10.1021/jm0492002
57. Ertl P., Rohde B., Selzer P. Fast Calculation of Molecular Polar Surface Area as a Sum of Fragment-Based Contributions and Its Application to the Prediction of Drug Transport Properties // J Med Chem. – 2000. – Vol. 43. – P. 3714–3717. DOI: 10.1021/jm000942e
58. Lagorce D., Douguet D., Miteva M., Villoutreix BO. Computational analysis of calculated physicochemical and ADMET properties of protein-protein interaction inhibitors // Sci Rep. – 2017. – Vol. 7. – P. 46277. DOI: 10.1038/srep46277
59. Daina A., Zoete V. A BOILED-Egg To Predict Gastrointestinal Absorption and Brain Penetration of Small Molecules // ChemMedChem. – 2016. – Vol. 11, No. 11. – P. 1117–1121. DOI: 10.1002/cmdc.201600182
Рецензия
Для цитирования:
Ябрир Б., Белхассан А., Лакхлифи Т., Моран Г.С., Буахрин M., Кандия Л.Г. Определение ингибиторов основной протеазы SARS-CoV-2 в следовых количествах компонентов алжирских растительных лекарственных средств с использованием методов in silico. Фармация и фармакология. 2025;13(1):56-66. https://doi.org/10.19163/2307-9266-2025-13-1-56-66
For citation:
Yabrir B., Belhassan A., Lakhlifi T., Moran G.S., Bouachrine M., Candia L.G. SARS-CoV-2 Main Protease inhibitors in trace constituents from Algerian herbal medicines using in silico approaches. Pharmacy & Pharmacology. 2025;13(1):56-66. https://doi.org/10.19163/2307-9266-2025-13-1-56-66