Studio dell'attività antivirale di strigolattoni verso Herpes Simplex Virus attraverso metodologie computazionali

Herpes Simplex Virus (HSV) infections are among most common infections worldwide: the WHO estimated that, in 2016, approximately 67% and 13% of the population carried a HSV-1 or HSV-2 infection, respectively. HSV-1 and HSV-2 can be spread through oral or genital contact and cause infections in or around the mouth (oral or labial herpes) and genital area (genital herpes), respectively. Upon infection, HSV establishes latency and reactivation can be observed when physical or emotional stress or fever cause a decrease of the immune response. Drugs available for the treatment of HSV infections, mainly DNA polymerase inhibitors, are active only on replicating viruses and therefore cannot be used to eradicate latent infection. They are also responsible for serious side effects and frequently cause resistance. For these reasons, development of new antivirals active against herpesviruses is a real and urgent public health need. Strigolactones (SL) are plant hormones produced by most higher plants, with various functions in development, stress response and interactions with organisms in the rhizosphere. Recent studies have shown the ability of synthetic SLs to inhibit the replication of herpesviruses, in particular human cytomegalovirus (HCMV), HSV-1 and HSV-2. Considering these results, it is interesting to conduct in silico analyses to identify possible viral targets of SLs and thus explain the activity of these molecules especially on HSV-1 and HSV-2. In this thesis project, all the available crystallographic structures of HSV-1 and HSV-2 proteins were retrieved from the Protein Data Bank (Berman, et al. 2000) (122 structures). Those with the best resolution and sufficiently modelled were used to search for possible binding sites. The two SLs (TH-EGO and EDOT-EGO) were placed at the sites of greatest interest using molecular docking techniques and evaluated according to the interaction energy and number of interactions established. The best viral protein-ligand complexes thus obtained, a total of 22 complexes, were subjected to molecular dynamics simulations to assess the stability of the complex. DNA polymerase, its accessory protein UL42 and ICP4, a transcription factor, which are part of the viral DNA replication complex, appear to be the most interesting targets. UL42 forms stable complexes over time with both EDOT-EGO and TH-EGO due to the presence of hydrogen bonds, hydrophobic, π- π and cation-π interactions, whereas ICP4 and DNA polymerase only with EDOT-EGO and TH-EGO, respectively. The results obtained pave the way for further in silico and in vitro analyses for the identification of viral targets and the consequent possible design of increasingly effective ligands.

L'infezione da Herpes Simplex Virus (HSV) rappresenta una delle infezioni più diffuse a livello mondiale: l’OMS ha stimato che, nel 2016, circa il 67% della popolazione fosse portatrice di HSV-1 e il 13% di HSV-2. HSV-1 e HSV-2 vengono trasmessi attraverso contatti orali o genitali e sono causa di infezioni all’interno o intorno, rispettivamente, alla bocca (herpes orale o labiale) e all'area genitale (herpes genitale). Una volta contratta l’infezione, HSV stabilisce latenza e, in occasione di abbassamenti delle difese immunitarie, causati da stress fisico, emotivo o febbre, se ne può osservare la riattivazione. I farmaci disponibili per il trattamento delle infezioni da HSV, principalmente inibitori della DNA polimerasi, sono responsabili di gravi effetti collaterali, causano frequentemente resistenza e non sono utilizzabili per eradicare l’infezione latente perché attivi solamente sul virus in fase di replicazione. Lo sviluppo di nuovi antivirali attivi nei confronti degli Herpesvirus rappresenta quindi un vero ed urgente bisogno per la salute pubblica. Gli strigolattoni (SL) sono ormoni vegetali prodotti dalla maggior parte delle piante superiori, con varie funzioni nello sviluppo e nella risposta allo stress. Studi recenti hanno evidenziato la capacità di SL di sintesi di inibire la replicazione di Citomegalovirus umano (HCMV), HSV-1 e HSV-2. Alla luce di questi risultati risulta interessante condurre analisi in silico per identificare possibili target virali degli SL e spiegare, dunque, l’attività di queste molecole in particolare su HSV-1 e HSV-2. In questo progetto di Tesi di Laurea sono state ricercate nella Protein Data Bank tutte le strutture cristallografiche disponibili di proteine di HSV-1 e HSV-2 (122 strutture), selezionate quelle a risoluzione migliore e sufficientemente modellate, ed utilizzate per la ricerca di possibili siti di legame. I due SL attualmente più attivi (TH-EGO e EDOT-EGO) sono stati posizionati, mediante tecniche di docking molecolare, nei siti di maggiore interesse e valutati in base all’energia d’interazione e al numero di interazioni instaurate con il target. I migliori complessi proteina virale-ligando così ottenuti, per un totale di 22 complessi, sono stati sottoposti a simulazioni di dinamica molecolare in modo da valutare la stabilità del complesso. La DNA polimerasi, la sua proteina accessoria UL42 e il fattore di trascrizione ICP4, facenti parte del complesso di replicazione del DNA virale, sembrano essere i target più interessanti. UL42 forma complessi stabili nel tempo sia con EDOT-EGO che con TH-EGO grazie alla presenza di legami idrogeno, interazioni idrofobiche, π- π e catione-π, ICP4 e DNA polimerasi, invece, solo con, rispettivamente, EDOT-EGO e TH-EGO. I risultati ottenuti aprono la strada ad ulteriori analisi in silico e in vitro per l’identificazione dei target virali di SL e la conseguente possibile progettazione di ligandi sempre più efficaci.