《Antiviral Research》：Novel Computational Pipeline to Identify Target Sites for Broad Spectrum Antiviral Drugs
编辑推荐：
AI驱动的药物设计研究揭示托伽病毒科nsP2蛋白酶域存在多个潜在抗病毒靶点，通过整合结构预测、片段结合模拟和多序列比对验证，为开发广谱抗病毒药物提供新策略。
约翰·D·西尔斯（John D. Sears）|康斯坦丁·I·波波夫（Konstantin I. Popov）|保罗·西尔维斯特（Paul Sylvester）|丽贝卡·迪克曼德（Rebekah Dickmander）|詹妮弗·卢姆-迪亚兹（Jennifer Loome-Diaz）|张哲康（Che-Kang Chang）|朱莉娅·哈夫（Julia Huff）|韦斯·桑德斯（Wes Sanders）|尼古拉斯·A·萨巴（Nicholas A. Saba）|玛德琳·索伦森（Madeleine Sorensen）|亚当·M·德罗比什（Adam M. Drobish）|尼古拉斯·A·梅（Nicholas A. May）|凯文·纳米茨（Kevin Namitz）|朱莉娅·费科（Julia Fecko）|尼拉·H·耶纳瓦尔（Neela H. Yennawar）|托马斯·E·莫里森（Thomas E. Morrison）|亚历山大·特罗普沙（Alexander Tropsha）|马克·T·海斯（Mark T. Heise）|纳撒尼尔·J·穆尔曼（Nathaniel J. Moorman）
北卡罗来纳大学教堂山分校微生物学与免疫学系，美国北卡罗来纳州教堂山，27599
摘要
新出现的病毒对人类健康构成了持续的威胁。虽然某些病毒家族是疫情的常见来源，但无法预测该家族中哪种特定病毒会引发下一次疫情或大流行病，因此迫切需要能够对抗多种相关病毒病原体的广谱抗病毒药物。然而，由于缺乏对病毒家族成员之间在结构和功能上保守的化合物结合位点的详细了解，广谱药物的开发受到了阻碍。为克服这一限制，我们开发了一种基于计算机模拟的方法，该方法结合了人工智能驱动的蛋白质结构预测、计算片段浸泡、多序列比对和蛋白质稳定性计算，以识别既可被溶剂接触又具有高度保守性的靶点。我们将这种方法应用于Togaviridae病毒家族，该家族包括基孔肯雅病毒和委内瑞拉马脑炎病毒等新兴的大流行病威胁病毒，目前尚无批准的抗病毒疗法。我们的分析在甲病毒非结构蛋白2（nsP2）蛋白酶结构域中识别出多个可被溶剂接触且结构保守的口袋，这些口袋对病毒复制至关重要。通过对关键可被溶剂接触和保守残基进行突变，我们发现了对多种甲病毒复制至关重要的新口袋，验证了这些口袋作为nsP2抑制剂潜在靶点的可行性。这些发现凸显了利用人工智能辅助建模揭示功能保守且可被接触的口袋在识别广谱直接作用抗病毒药物潜在靶点方面的潜力。
章节摘录
引言
病毒根据其遗传相关性被分类为不同的家族。由于这种内在的相似性，同一家族中的病毒通常使用类似的分子机制进行复制、传播和致病。这些共享的机制使得某些病毒家族更有可能引发大规模疫情和大流行病，例如冠状病毒家族中的SARS、MERS和SARS-CoV-2在过去25年里都导致了大流行病。
通过计算机模拟分析甲病毒nsP2蛋白酶结构域识别出的新型抗病毒靶点
尽管nsP2蛋白酶的催化位点已成为发现Togavirus抗病毒化合物的研究重点（Ghoshal等人，2025a, 2025b, 2024；Ivanova等人，2021；Merten等人，2024；Metibemu等人，2024），但nsP2催化位点之外的潜在抑制剂结合位点仍大部分未被探索。作为识别以别构方式影响蛋白质功能的广谱甲病毒抗病毒药物的第一步，我们在nsP2蛋白酶结构域中识别出了多个口袋。
讨论
在这里，我们描述了一种结合多序列比对、蛋白质结构预测和FTMap技术的计算机模拟方法，用于识别病毒蛋白表面的潜在化合物结合位点，并验证这些位点作为潜在广谱抗病毒药物的靶点。将这种方法应用于甲病毒nsP2蛋白酶结构域后，我们发现了多个位于蛋白酶催化位点之外的暴露在表面的口袋，这些口袋具有潜在的抗病毒活性。
材料与方法
计算机模拟分析 使用相关技术预测了多种甲病毒nsP2蛋白酶结构域的结构，包括基孔肯雅病毒（ADG95929.1）、奥尼翁-奥尼翁病毒（YP_010775617.1）、巴玛森林病毒（QLF95818.1）、西部马脑炎病毒（AAA67651.1）、东部马脑炎病毒（ABL84686.1）、辛德比斯病毒（AKZ17342.1）、罗斯河病毒（QQY97225.1）、马亚罗病毒（ALI88654.1）、塞姆利基森林病毒（QCW07560.1）和委内瑞拉马脑炎病毒（QDD55733.1）。
CRediT作者贡献声明
尼古拉斯·A·萨巴（Nicholas A. Saba）： 资源提供、研究工作。纳撒尼尔·J·穆尔曼（Nathaniel J. Moorman）： 文章撰写、审稿与编辑、监督、资金获取、概念构思。韦斯·桑德斯（Wes Sanders）： 资源提供、数据分析。玛德琳·索伦森（Madeleine Sorensen）： 研究工作、数据分析。托马斯·E·莫里森（Thomas E. Morrison）： 监督、资金获取。詹妮弗·卢姆-迪亚兹（Jennifer Loome-Diaz）： 研究工作、数据分析。尼拉·H·耶纳瓦尔（Neela H. Yennawar）： 监督。丽贝卡·迪克曼德（Rebekah Dickmander）： 研究工作、数据分析。马克·T·海斯（Mark T. Heise）： 文章撰写、审稿与编辑、初稿撰写。
未引用参考文献
Carugo和Djinovi?-Carugo，2023年。
资金来源
A.T.获得了美国国立卫生研究院的资助（R01GM140154）。J.D.S获得了美国国立卫生研究院的UNC病毒学培训项目资助（T32AI007419）。T.E.M.、M.T.H.和N.J.M.获得了美国国立卫生研究院对READDI AViDD中心的资助（U19AI17129201）。
利益冲突声明
所有作者均无需要声明的利益冲突。
致谢
我们感谢Moorman、Heise和Tropsha实验室的成员们在研究中的帮助和讨论。同时，我们也感谢Craig Cameron博士实验室的成员，特别是Jamie Arnold博士在蛋白质纯化和酶学检测方面的支持和专业知识。
