COVID-19 치료제로 사용할 수 있는 “Noncovalent 3CL-protease inhibitor (WU-04) 개발 논문”

COVID-19 치료제로 사용할 수 있는 “highly potent noncovalent 3CL-protease inhibitor (WU-04)를 개발”에 관한 논문을 소개합니다.

 

COVID-19 (SARS-CoV-2)를 포함한 다양한 코로나바이러스의 복제과정에 3CL-protease (3C-like protease, 3CLpro, main protease)가 필수적인 역할을 하기 때문에 3CLpro를 약물타깃으로 하는 다양한 항바이러스제 개발연구가 진행되고 있다. 3CLpro는 cystein protease 로 His41과 Cys145로 구성된 catalytic dyad가 핵심 구조를 이루고 있다. 보고된 대부분의 SARS-CoV-2 3CL-protease 저해제는 반응성이 높은 친전자성 (reactive electrophilic) 작용기를 가지며 이 작용기가 3CL-protease의 catalytic cystein (Cys145)와 공유결합 (covalent bonding)을 형성하여 3CL-protease의 작용을 저해하여 항바이러스 효능을 나타낸다.

 

현재 FDA의 승인을 거쳐 COVID-19 치료제로 사용되고 있는 Nirmatrelvir (Paxlovid 주성분)도 SARS-CoV-2 3CL-protease의 공유결합 저해제 (covalent inhibitor) 이다.

 

Covalent inhibitor는 작용기전상 약효가 길게 유지될 수 있다는 장점은 있지만 off-target과 반응할 가능성도 있기 때문에 원하지 않는 부작용을 나타낼 수도 있다.

 

최근 중국연구진이 대량의 DNA encoded library (DEL)의 약효검색을 통해 높은 활성을 갖는 noncovalent 3CL-protease inhibitor (WU-04)를 개발하여 보고하였다. 아래에 논문에 보고된 연구결과를 간략하게 소개합니다.

 

<유효물질 발굴>

49 billion compound (490억개 화합물)을 포함하는 DNA encoded library (DEL)를 magnetic bead에 결합된 recombinant SARS-CoV-2 3CL-protease와 결합하는 화합물을 찾아내고 해당 화합물의 DNA sequence를 decoding 하여 6종의 유효물질의 구조를 확인하였다. 발굴된 유효물질의 약효시험과 추가적인 연구를 통하여 WU-04 화합물(아래구조 참조)이 가장 좋은 활성과 물성을 가지는 것으로 나타났다. (아쉽게도 보고된 논문에는 DEL 화합물 디자인 및 합성방법에 대한 내용은 포함되어 있지 않음)

 

 

 

 

<Hit 화합물인 WU-04의 약효검색시험 결과>

 

Enzyme assay (SARS-CoV-2 3CLpro)

IC50 = 72 nM against wild-type

IC50 = 53 nM against omicron variant

Kd = 37 nM

 

Cell assay

Human ACE2 : EC50 = 12 nM

Human Calu-3 cell : EC50 = 25 nM

Human NHBE cell : EC50 = 3 nM

Human Vero E6 cell : EC50 = 10 nM

Omicron & Delta variants에 대한 항바이러스 약효는 Nirmatrelvir 와 동등/약간 우수한 효과보임

 

WU-04 is Pan-Inhibitor of Coronavirus 3CLpro

WU-04 화합물은 SARS-CoV-2 3CLpro 뿐만 아니라 SARS-CoV 3CLpro 및 MERS-CoV 3CLpro에 대한 enzyme assay, binding affinity 실험에서도 모두 우수한 효과를 보임.

 

실험동물 in vivo 효과 (Nirmatrelvir 와 유사)

2종 마우스 모델을 사용한 WU-04의 SARS-CoV-2 저해 실험

BALB/c mice (경구, 250 mpk, twice daily, 3 days), transgenic mice (경구, 300 mpk) 실험결과 모두 Nirmatrelvir 와 유사한 정도의 효과를 보임

 

PK of WU-04

In Beagle dog, F = 18%

 

<Co-crystallized structures 비교 및 binding mode 연구>

WU-04/SARS-CoV-2 3CLpro co-crystallized structure

Nirmatrelvir(Pfizer, Paxlovid, covalent inhibitor)/SARS-CoV-2 3CLpro co-crystallized structure

S-217822(Shionogi, Xocova, noncovalent inhibitor)/SARS-CoV-2 3CLpro co-crystallized structure

각각의 결정구조를 서로 중첩 비교하여 각각 화합물의 binding mode 비교자료 제공 (아래그림 참조)

 

 

요약작성: 이현규 (한국화합물은행)

<논문 바로가기 : ACS Cent. Sci. ASAP, 2023.>

Development of Highly Potent Noncovalent Inhibitors of SARSCoV‑2 3CLpro.