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：脂质发达的病毒从宿主细胞机制中复制和芽 脂质外套。   了解几种病毒的萌芽过程对 阐明病毒生命周期并确定治疗靶标。丝病毒具有丝状脂质 - 信封，尽管被发现了30多年前，但他们的组装方式并不多 来自宿主细胞质膜的芽。包括埃博拉病毒（EBOV）在内的丝状病毒具有高度 死亡率，仍然缺乏FDA批准的治疗疗法或治疗疫苗。而且， EBOV糖蛋白，抗体和疫苗疗法的主要靶标经历了很高的突变率 随着EBOV通过 通过动物模型。 FILOVIRES编码七个基因，包括病毒基质蛋白VP40，其中 调节从宿主细胞中萌芽。 VP40作为在哺乳动物细胞中表达的唯一filevirus蛋白是 足以与现场病毒几乎无法区分的颗粒（VLP）等病毒。那就是VP40 作为研究BSL-4实验室以外的病毒萌芽的模型。 VP40已显示为 二聚体是由其N末端结构域（NTD）中的A螺旋相互作用介导的。残差突变 介导二聚化的VP40的NTD足以消除模型系统中的病毒萌芽。迄今为止， 关于VP40单体/二聚体平衡和低聚物组件的生物物理学的了解知之甚少 在病毒生命周期中，受监管以及VP40是可行的药物靶标。此R21的中心假设 建议是，基于钉轴螺旋肽的新化学工具包可以用于 研究VP40组装并抑制VP40二聚化。在特定目标1中，我们将设计和合成铅 候选者瞄准了针对VP40二聚体界面的A螺旋肽。我们将阐明最佳 使用计算分析，氨基酸序列和化学连接器滞留了A螺旋肽。我们 假设可以对钉螺旋进行优化以阻止VP40二聚体在体外形成 和在细胞中。我们将使用计算分析和快速化学合成方法来产生铅 候选人进行定量分析。特定目标2将研究钉a的机制 螺旋肽与VP40相互作用，并抑制VP40二聚化和VLP的萌芽。定量测定 将评估VP40二聚体形成，VP40脂质结合和VLP的萌芽 导致化合物抑制二聚体形成和随后的萌芽。两者一起，这些研究应该 对VP40作为药物靶标的可行性产生新的和重要的机械洞察力，并且更好 对控制VP40组装的性质的生物物理理解。