A New Targeting Approach to Inhibit Budding of the Ebola Virus

抑制埃博拉病毒萌芽的新靶向方法

• 批准号: 9763445
• 负责人: Robert Virgil Stahelin
• 金额: $ 22.64万
• 依托单位: PURDUE UNIVERSITY
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2018-08-14 至 2021-07-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9763445
• 关键词: Affinity; Amino Acid Sequence; Amino Acids; Animal Model; Animals; Antibodies; Antibody Therapy; Biological Assay; Biological Models; Biophysics; Cell Survival; Cell membrane; Cells; Chemicals; Clinical; Communicable Diseases; Computer Analysis; Data; Dimerization; Disease Outbreaks; Drug Targeting; Ebola virus; Equilibrium; Escape Mutant; FDA approved; Family; Fatality rate; Filoviridae Infections; Filovirus; Frankfurt-Marburg Syndrome Virus; Fright; Generations; Genes; Glycoproteins; Human; In Vitro; Laboratories; Lead; Life Cycle Stages; Lipid Bilayers; Lipid Binding; Lipids; Malignant Neoplasms; Mammalian Cell; Mediating; Methods; Modeling; Mutate; Mutation; N-terminal; Patients; Penetration; Peptides; Pharmacology; Plasma Cells; Preventive measure; Process; Production; Property; Proteins; Public Health; Recording of previous events; Structural Protein; Structure; Testing; Therapeutic; Vaccine Clinical Trial; Vaccine Therapy; Vaccines; Viral; Viral Matrix Proteins; Virion; Virus; Virus Assembly; Virus Replication; Virus-like particle; Western Africa; alpha helix; base; chemical synthesis; cost; design; dimer; experimental study; insight; lead candidate; monomer; pandemic disease; protein protein interaction; protein structure; small molecule; therapeutic target; therapeutic vaccine; tool; virus envelope

Abstract:  Lipid-­enveloped  viruses  replicate  and  bud  from  host  cell  membranes  where  they  acquire  their  lipid  coat.    Understanding  the  budding  processes  of  several  viruses  has  had  significant  impact  on  elucidating  the  viral  life  cycle  and  identifying  therapeutic  targets.  Filoviruses  have  a  filamentous  lipid-­ envelope and despite being discovered more than 30 years ago, not much is known on how they assemble  and  bud  from  the  host  cell  plasma  membrane.  Filoviruses,  which  include  Ebola  virus  (EBOV),  have  a  high  fatality  rate  and  there  is  still  a  lack  of  FDA  approved  therapeutics  or  vaccines  for  treatment.  Moreover,  the  EBOV  glycoprotein,  the  prime  target  of  antibody  and  vaccine  therapy  undergoes  a  high  rate  of  mutation  in  animal  and  human  studies  and  escape  mutant  of  glycoprotein  have  been  found  as  EBOV  is  passaged  through  animal  models.  Filoviruses  encode  seven  genes  including  the  viral  matrix  protein  VP40,  which  regulates  budding  from  the  host  cell.  VP40  as  the  only  filovirus  protein  expressed  in  mammalian  cells  is  sufficient  to  produce  virus  like  particles  (VLPs)  nearly  indistinguishable  from  live  virions.  Thus,  VP40  has  served  as  a  model  to  study  viral  budding  outside  of  BSL-­4  laboratories.  VP40  has  been  shown  to  be  a  dimer,  which  is  mediated  by  a-­helical  interactions  in  its  N-­terminal  domain  (NTD).  Mutation  of  residues  in  the NTD of VP40 that mediate dimerization is sufficient to abrogate viral budding in model systems. To date,  little  is  known  about  how  VP40  monomer/dimer  equilibrium  and  biophysics  of  oligomer  assembly  are  regulated as well as if VP40 is a viable drug target in the viral life cycle. The central hypothesis of this R21  proposal is that generation of a new chemical toolkit based upon stapled a-­helical peptides  can be used to  study  VP40  assembly  and  inhibit  VP40  dimerization.    In  specific  aim  1,  we  will  design  and  synthesize  lead  candidate  stapled  a-­helical  peptides  that  target  the  VP40  dimer  interface.  We  will  elucidate  the  optimal  amino  acid  sequences  and  chemical  linker  of  stapled  a-­helical  peptides  using  computational  analysis.  We  hypothesize that optimization of the stapled helices can be performed to block VP40 dimer formation in vitro  and  in  cells.  We  will  use  computational  analysis  and  a  rapid  chemical  synthesis  method  to  generate  lead  candidates  for  quantitative  analysis.  Specific  aim  2  will  investigate  the  mechanism  by  which  stapled  a-­ helical peptides interact with VP40 and inhibit VP40 dimerization and budding of VLPs.  Quantitative assays  of VP40 dimer formation, VP40 lipid-­binding, and budding of VLPs will be assessed to decipher the ability of  lead  compounds  to  inhibit  dimer  formation  and  subsequent  budding.  Taken  together,  these  studies  should  produce  new  and  important  mechanistic  insight  into  the  viability  of  VP40  as  a  drug  target  and  a  better  biophysical understanding of the properties that govern VP40 assembly.

摘要：脂包膜病毒从宿主细胞膜复制并萌芽，在那里它们获得它们的  脂质外套。    了解几种病毒的萌芽过程对  阐明病毒的生命周期并确定治疗靶点。  丝状病毒具有丝状脂质 尽管 30 多年前就被发现了，但人们对它们的组装方式知之甚少  和从宿主细胞质膜出芽。  丝状病毒，包括埃博拉病毒 (EBOV)，具有很高的感染率  死亡率高，并且仍然缺乏 FDA 批准的治疗方法或疫苗进行治疗。  此外，  埃博拉病毒糖蛋白是抗体和疫苗治疗的主要靶标，在  随着埃博拉病毒的传代，动物和人类研究发现了糖蛋白的逃逸突变体  通过动物模型。  丝状病毒编码七个基因，包括病毒基质蛋白 VP40，该基因  调节宿主细胞的出芽。  VP40 作为唯一在哺乳动物细胞中表达的丝状病毒蛋白是  足以产生与活病毒颗粒几乎无法区分的病毒样颗粒（VLP）。  因此，VP40 有  用作研究 BSL-4 实验室之外的病毒出芽的模型。  VP40 已被证明是  二聚体，由其 N 末端结构域 (NTD) 中的 aα-螺旋相互作用介导。  残基突变  介导二聚化的 VP40 的 NTD 足以消除模型系统中的病毒出芽。 迄今为止，  关于 VP40 单体/二聚体平衡和低聚物组装的生物物理学如何，人们知之甚少  VP40 是否是病毒生命周期中可行的药物靶标也受到监管。 R21 的中心假设  建议基于钉合α-螺旋肽生成新的化学工具包，可用于  研究 VP40 组装并抑制 VP40 二聚化。    在具体目标 1 中，我们将设计和合成先导化合物  候选人装订了针对 VP40 二聚体界面的 aα-螺旋肽。  我们将阐明最佳方案  使用计算分析确定钉合α-螺旋肽的氨基酸序列和化学接头。  我们  假设可以对装订螺旋进行优化以在体外阻断 VP40 二聚体的形成  以及细胞中。  我们将使用计算分析和快速化学合成方法来生成铅  定量分析的候选人。  具体目标 2 将研究钉合 a- 的机制 螺旋肽与 VP40 相互作用并抑制 VP40 二聚化和 VLP 出芽。  定量分析  将评估 VP40 二聚体形成、VP40 脂质结合和 VLP 出芽的能力，以破译  导致化合物抑制二聚体形成和随后的出芽。  综合起来，这些研究应该  对 VP40 作为药物靶点和更好的生存能力产生新的、重要的机制见解  对控制 VP40 组装特性的生物物理学理解。