Molecular basis of COVID-19 pathogenesis and in silico studies of potential pharmacological treatment

Abstract

RESUMEN La COVID-19 es una enfermedad causada por el virus SARS-CoV-2, que representa una grave amenaza para la salud mundial. El objetivo de este artículo es profundizar en la estructura de las proteínas no estructurales (Nsp1-16) y estructurales (Spike, Envoltura, Membrana y Nucleocápside) del SARS-CoV-2, su rol durante la infección a sus células diana; asimismo plantear moléculas de estudios in silico que inhiben a las proteínas del ciclo viral para posibles tratamientos farmacológicos. El genoma del SARS-CoV-2 presenta los ORF1a y ORF1ab que codifican dieciséis proteínas no estructurales (Nsps), así como trece ORFs que codifican cuatro proteínas estructurales y nueve accesorias. Las Nsps participan tanto en el ciclo viral, siendo Nsp3 y Nsp5 responsables del clivaje de las poliproteinas 1a y 1ab para la posterior formación del complejo replicasa-transcriptasa, como favoreciendo el progreso de la infección viral. La proteína S media la unión y fusión del virus a la célula huésped a través de sus subunidades S1 y S2, respectivamente; sin embargo, se debe activar previamente por proteasas como TMPRSS2, furina, tripsina o catepsinas. Por otra parte, las proteínas E, M y N participan en el ensamblaje del virus y hasta el momento se desconoce las funciones de las proteínas accesorias. Asimismo, estudios in silico de medicamentos como el disulfiram y el viomycin, y moléculas de la Azadirachta indica, la planta de té y la Andrographis paniculata han mostrado efectos inhibitorios en el ciclo viral del SARS-CoV-2. ABSTRACT COVID-19 is a disease caused by SARS-CoV-2, a virus that represents a serious threat to global health. The objective of the article is to deepen into the structure of the non-structural proteins (Nsp1-16) and structural proteins (Spike, Envelope, Mmebrane and Nucleocapside) of SARS-CoV-2 and their role during the infection of its target cells; also to propose molecules from in silico studies that inhibit proteins of the viral cycle for potential pharmacological treatments. The SARS-CoV-2 genome has ORF1a and ORF1ab that encode sixteen non-structural proteins (Nsp1-16), as well as thirteen ORFs that encode four structural proteins and nine accessory proteins. The Nsps participate both in the viral cycle, being Nsp3 and Nsp5 responsible for the cleavage of polyproteins 1a and 1ab for the subsequent formation of the replica-transcriptase complex, and favoring the progress of the viral infection. The S protein mediates the union and fusion of the virus to the host cell through its subunits S1 and S2, respectively; however, it must be previously activated by proteases such as TMPRSS2, furin, trypsin or catepsins. On the other hand, the E, M and N proteins participate in the assembly of the virus and until now the functions of the accessory proteins are unknown. Also, in silico studies of drugs such as disulfiram and viomycin, and molecules found in plants as Azadirachta indica, the tea plant, and Andrographis paniculata have shown inhibitory effects on the SARS-CoV-2 viral cycle. Artículo publicado por la Revista de la Facultad de Medicina Humana de la Universidad Ricardo Palma. Es un artículo de acceso abierto, distribuído bajo los términos de la Licencia Creative Commons: Creative Commons Attribution 4.0 International, CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), que permite el uso no comercial, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original sea debidamente citada. Para uso comercial, por favor póngase en contacto con revista.medicina@urp.pe