抗ウイルス剤COVID 19の薬剤としての複素環の検討分子ドッキングとDFT計算

Investigation of Some Antiviral -Heterocycles as COVID 19 Drug: Molecular Docking and DFT Calculations.

• Mohamed Hagar
• Hoda A Ahmed
• Ghadah Aljohani
• Omaima A Alhaddad

抄録

SARS-CoV-2による新型コロナウイルスCOVID-19は、2019年12月から世界的に流行している。コロナウイルスの中でも有効な薬剤ターゲットは、ウイルスRNAから翻訳されるポリプロテインの処理に不可欠な役割を持つことから、メインのプロテアーゼMである。本研究では、ファビピラビル（Favipiravir）、アモジアキン（Amodiaquine）、2'-フルオロ-2'-デオキシシチジン（2'-Fluoro-2'-deoxycytidine）、およびリバビリン（Ribavirin）といういくつかの選択された複素環系薬剤のCOVID-19に対する阻害剤およびヌクレオチドアナログとしての生理活性を計算機モデル化戦略を用いて評価した。密度汎関数理論(DFT)計算により、熱パラメータ,双極子モーメント,分極性,分子静電ポテンシャルを推定し、さらに、薬剤のマリケン原子電荷と化学反応性記述子を調べた。また、SARS-CoV-2メインプロテアーゼ(PDB: 6LU7)と結合した薬剤の結合親和性を評価した。また、DFTによるドッキングシミュレーションの計算データから、アモジアキン（）は結合エネルギーが最も低く（-7.77Kcal/mol）、SARS-CoV-2の阻害剤として有効であることが予測された。この高い結合親和性は，3つの水素結合の存在に加えて，薬物と受容体の重要なアミノ酸残基との間に異なる疎水性相互作用があることに起因していると考えられた。最後に、DFTによる分子静電ポテンシャルの推定結果を用いて、分子ドッキングの知見を説明した。DFT計算の結果、薬物は横たわるHOMO,親水性指数,塩基性,双極子モーメントが最も高いことがわかった。これらのパラメータはすべて、タンパク質の活性部位との結合親和性に大きく影響することがわかった。

The novel coronavirus, COVID-19, caused by SARS-CoV-2, is a global health pandemic that started in December 2019. The effective drug target among coronaviruses is the main protease M, because of its essential role in processing the polyproteins that are translated from the viral RNA. In this study, the bioactivity of some selected heterocyclic drugs named Favipiravir (), Amodiaquine (), 2'-Fluoro-2'-deoxycytidine (), and Ribavirin () was evaluated as inhibitors and nucleotide analogues for COVID-19 using computational modeling strategies. The density functional theory (DFT) calculations were performed to estimate the thermal parameters, dipole moment, polarizability, and molecular electrostatic potential of the present drugs; additionally, Mulliken atomic charges of the drugs as well as the chemical reactivity descriptors were investigated. The nominated drugs were docked on SARS-CoV-2 main protease (PDB: 6LU7) to evaluate the binding affinity of these drugs. Besides, the computations data of DFT the docking simulation studies was predicted that the Amodiaquine () has the least binding energy (-7.77 Kcal/mol) and might serve as a good inhibitor to SARS-CoV-2 comparable with the approved medicines, hydroxychloroquine, and remdesivir which have binding affinity -6.06 and -4.96 Kcal/mol, respectively. The high binding affinity of was attributed to the presence of three hydrogen bonds along with different hydrophobic interactions between the drug and the critical amino acids residues of the receptor. Finally, the estimated molecular electrostatic potential results by DFT were used to illustrate the molecular docking findings. The DFT calculations showed that drug has the highest of lying HOMO, electrophilicity index, basicity, and dipole moment. All these parameters could share with different extent to significantly affect the binding affinity of these drugs with the active protein sites.