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.

翻译后摘要：脂质体包膜病毒复制和芽从宿主细胞膜，他们获得他们的 脂被 了解几种病毒的萌芽过程对 阐明病毒的生命周期和确定治疗靶点。丝状病毒有一个丝状的脂质体， 尽管在30多年前就被发现了，但人们对它们是如何组装的知之甚少。 丝状病毒，包括埃博拉病毒（EBOV），具有很高的 死亡率，仍然缺乏FDA批准的治疗方法或疫苗。此外， EBOV糖蛋白是抗体和疫苗治疗的主要靶点， 在动物和人类研究中，随着EBOV的传代，已经发现了糖蛋白的逃逸突变体 丝状病毒编码七个基因，包括病毒基质蛋白VP 40， VP 40作为在哺乳动物细胞中表达的唯一丝状病毒蛋白， 足以产生与活病毒体几乎不可区分的病毒样颗粒（VLP）。 作为研究BSL-104实验室外病毒出芽的模型。VP 40已被证明是 二聚体，其由其N-末端结构域（NTD）中的α-β螺旋相互作用介导。 介导二聚化VP 40的NTD足以消除模型系统中的病毒出芽。迄今为止， 关于VP 40单体/二聚体平衡和寡聚体组装的生物物理学是如何 如果VP 40在病毒生命周期中是一个可行的药物靶点，那么R21的主要假设是 建议是基于钉合的α-双螺旋肽产生新的化学工具包， 研究VP 40组装和抑制VP 40二聚化。 在具体目标1中，我们将设计并合成铅 候选钉α-β螺旋肽靶向VP 40二聚体界面。我们将阐明最佳的 氨基酸序列和化学接头的钉α-螺旋肽，我们使用计算分析。 假设可以进行钉合螺旋优化以在体外阻断VP 40二聚体形成 我们将使用计算分析和快速化学合成方法来产生铅， 定量分析的候选人。具体目标2将调查钉合的酶的机制， 螺旋肽与VP 40相互作用并抑制VP 40二聚化和VLP出芽。 将评估VP 40二聚体形成、VP 40脂质结合和VLP出芽的能力， 导致化合物抑制二聚体的形成和随后的出芽。总的来说，这些研究应该 对VP 40作为药物靶点的可行性产生了新的重要的机制见解， 生物物理学的理解，支配VP 40组装的属性。