Computer-aided design of novel HIV-1 entry inhibitors blocking the virus envelope gp120 V3 loop

Abstract

Aim. The object of this study was to implement computer-aided design of the water-soluble analog of glycolipid β -galactosylceramide (β-GalCer), which presents a potential HIV-1 entry inhibitor, by the analysis of intermolecular interactions of β-GalCer with the central region of the virus envelope gp120 V3 loop followed by synthesis of this glycolipid derivative and testing for antiviral activity. Methods. To reach the object of view, computer modeling procedures, such as quantum chemical calculations, molecular docking, molecular dynamics and free energy simulations, were involved in the studies in conjunction with chemical synthesis and anti-HIV-1 assay methods. Results. As a result, the high probability of exhibiting of antiviral activity was predicted for the designed β-GalCer analog. The data of molecular modeling were confirmed by those of primary medical trials of the synthesized compound. Conclusions. In the light of the findings obtained, the designed analog of β-GalCer may be considered as the basic structure for simulation of its more potent structural forms and for posterior selection of drug candidates most promising for synthesis and anti-HIV-1 assays. Keywords: HIV-1 gp120 V3 loop, glycolipids, computer modeling, chemical synthesis, anti-AIDS drugs.

Мета. На основі аналізу міжмолекулярних взаємодій гліколіпіду β-галактозилцераміду (β-GalCer) з центральною областю петлі V3 білка gp120 оболонки вірусу здійснити комп’ютерне конструювання водорозчинного аналога β-GalCer – потенційного інгібітора адсорбції ВІЛ-1 – з наступним синтезом цього похідного гліколіпіду і тестуванням на противірусну активність. Методи. Комп’ютерне моделювання: квантово-хімічні розрахунки, молекулярний докінг, молекулярна динаміка і оцінка вільної енергії утворення надмолекулярних структур, а також методи хімічного синтезу та тестування на анти-ВІЛ активність. Результати. Для сконструйованого аналога β-GalCer передбачено високу ймовірність прояву противірусної активності. Дані молекулярного моделювання підтверджено результатами первинних медичних випробувань синтезованої хімічної сполуки. Висновки. Отриманий аналог β-GalCer можна розглядати як базову структуру для моделювання його більш ефективних модифікованих форм і подальшого відбору молекул, перспективних для синтезу і тестування на анти-ВІЛ активність. Ключові слова: петля V3 білка gp120 ВІЛ-1, гліколіпіди, комп’ютерне моделювання, хімічний синтез, лікарські препарати проти СНІДу.

Цель. На основе анализа межмолекулярных взаимодействий гликолипида β-галактозилцерамида (β-GalCer) с центральной областью петли V3 белка gp120 оболочки вируса осуществить компьютерное конструирование водорастворимого аналога β-GalCer – потенциального ингибитора адсорбции ВИЧ-1 – с последующим синтезом этого производного гликолипида и тестированием на противовирусную активность. Методы. Компьютерное моделирование: квантово-химические расчеты, молекулярный докинг, молекулярная динамика и оценка свободной энергии образования надмолекулярных структур, а также методы химического синтеза и тестирования на анти-ВИЧ активность. Результаты. Для сконструированного аналога β-GalCer предсказана высокая вероятность проявления противовирусной активности. Данные молекулярного моделирования подтверждены результатами первичных медицинских испытаний синтезированного химического соединения. Выводы. Полученный аналог β-GalCer можно рассматривать как базовую структуру для моделирования его более эффективных модифицированных форм и последующего отбора молекул, перспективных для синтеза и тестирования на анти-ВИЧ активность. Ключевые слова: петля V3 белка gp120 ВИЧ-1, гликолипиды, компьютерное моделирование, химический синтез, лекарственные препараты против СПИДа.