Análisis de los sitios de unión de la ivermectina en la estructura de importinas α humanas

La ivermectina demostró importantes acciones antivirales ante varios virus con genoma de ARN, inclusive contra el SARS-CoV-2. Este fármaco inhibe la actividad del heterodímero importina α/ß1, sin embargo, se desconoce los blancos específicos de interacción de la molécula. Objetivos: analizar in silico los blancos de interacción de la ivermectina en interacción con la estructura de la importina α humana, utilizando la estrategia del acoplamiento molecular. Métodos: se realizaron simulaciones del acoplamiento utilizando un modelo semiflexible y el algoritmo Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno entre las estructuras de ivermectina y la importina α. Resultados: los datos obtenidos revelan una mayor afinidad de interacción de la ivermectina a la región mayor de unión (armadillo ARM2-ARM4) de las importinas α humanas, con energías de unión favorables de -9,5 a -8,0 kcal.mol-1. Los aminoácidos activos de importancia en las uniones fueron el Triptófano, Asparagina y Arginina, los cuales también son fundamentales para el reconocimiento de secuencias NLS (secuencias de localización nuclear) de las proteínas virales. También se registró afinidades por los dominios H1-ARM5, H2-ARM6 y H2-ARM7, con energía de unión de -7,5 kcal.mol-1. Conclusiones: los hallazgos demuestran que la ivermectina presenta afinidades de unión favorables a la región mayor de unión (ARM2-ARM4) de las importinas a el cual es un sitio importante de unión a proteínas virales.

Ivermectin has demonstrated significant antiviral actions against several RNA-genome viruses, including SARS-CoV-2. This drug inhibits the activity of the α/ß1 importin heterodimer; however, the specific interaction targets of the molecule are unknown yet. Objectives: to analyze in silico the interaction targets of ivermectin interacting with the human α-importin structure using the molecular docking strategy. Methods: simulations of the molecular docking were carried out using a semi-flexible model and the Broyden-Fletcher-Goldfarb- Shanno algorithm between the structures of ivermectin and importin α. Results: data obtained reveal a higher interaction affinity of ivermectin to the major binding region (armadillo ARM2-ARM4) of human importins α, with favorable binding energies of -9,5 to -8,0 kcal.mol-1. The active amino acids of importance in the bindings were Tryptophan, Asparagine and Arginine, which are also critical for the recognition of NLS sequences (nuclear location sequences) of viral proteins. Affinities for H1-ARM5, H2-ARM6 and H2-ARM7 domains were also recorded, with binding energy of -7,5 kcal.mol-1. Conclusions: the findings demonstrate that ivermectin exhibits favorable binding affinities to the major binding region (ARM2-ARM4) of importins a which is an important viral protein binding site.

Interacción in silico de las moléculas Agatisflavona, Amentoflavona y Punicalina con la Importina α 1 humana / In silico interaction of Agathisflavone, Amentoflavone and Punicalin molecules with human Importin α1

RESUMEN Varios virus con genoma de ARN en fases iniciales de la infección realizan la translocación de proteínas al interior del núcleo de la célula hospedera mediante la vía de las importinas α1. Este transporte es fundamental para el éxito de la replicación viral y se ha convertido en un blanco para la búsqueda y desarrollo de nuevos antivirales. El objetivo de este estudio fue determinar y caracterizar interacciones entre la Agatisflavona, Amentoflavona, Punicalina con el sitio mayor de unión de las Importinas α1 humanas mediante el análisis in silico del acoplamiento molecular y simulaciones de dinámica molecular. Las pruebas de acoplamiento molecular se realizaron entre estos fitoconstituyentes y la estructura de la importina α1 humana. Las afinidades de interacción fueron detectadas con la Agatisflavona, Amentoflavona y Punicalina (ΔG b = -8,8, -9,1 y -8,8 kcal.mol-1 respectivamente), con afinidades de interacción específicamente a los dominios ARM2-ARM5 (sitio mayor de unión) de las importinas α1. Las simulaciones de dinámica molecular revelaron interacciones significativamente favorables (P<0,001) con los ligandos Agatisflavona y Amentoflavona (ΔG b = -18,60±0,35 y -22,55±2,41 kcal.mol-1) mientras que la Punicalina registró mayores valores de energía de interacción (ΔG b = -5,33±1,72 kcal.mol-1). Los hallazgos obtenidos en este estudio computacional sugieren que las moléculas Agatisflavona y Amentoflavona presentan interacciones favorables con el sitio mayor de unión de las Importinas α1, en comparación a lo registrado con la Punicalina, sin embargo, se recomienda realizar ensayos in vitro a modo de confirmar estas observaciones.

ABSTRACT Several RNA-viruses during early stages of infection perform the translocation of proteins into the nucleus of host cell by the importin α1 pathway. This transport is essential for viral replication success and has become a target to search and development new antivirals. The objective of this study was to determine and characterize interactions between Agathisflavone, Amentoflavone and Punicalin with the major binding site of human importins α1 by in silico analysis of molecular docking and molecular dynamics simulations. Molecular docking tests were performed between these phytoconstituents and the structure of human importin α1. Interaction's affinity was detected with the Agathisflavone, Amentoflavone and Punicalin (ΔG b = -8.8, -9.1 and -8.8 kcal.mol-1 respectively), with binding affinity to ARM 2-ARM 5 domains (major binding site) of importins α1. Molecular dynamics simulations revealed significantly favorable interactions (P<0.001) with the ligands Agatisflavone and Amentoflavone (ΔG b = -18.60 ± 0.35 and -22.55 ± 2.41 kcal.mol-1) meanwhile Punicalin showed higher values of interaction free energy (ΔG b = -5.33 ± 1.72 kcal.mol-1). The findings obtained suggest that Agathisflavone and Amentoflavone could favorably interact to the major binding site of Importins α1 compared to that registered with Punicalin, however, it is recommended to perform in vitro assays to confirm these observations.