microbeПроблемы особо опасных инфекцийProblems of Particularly Dangerous Infections0370-10692658-719XRussian Research Anti-Plague Institute “Microbe”10.21055/0370-1069-2024-1-148-153microbe-1955Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESОценка воздействия полициклических производных каркасного ряда на репликативные свойства вируса SARS-CoV-2 в эксперименте in vitroAssessment of the Impact of Polycyclic Derivatives of the Frame Series on the Replicative Properties of the SARS-CoV-2 Virus in an in vitro ExperimentЗалевскаяО. С.ZaleuskayaO. S.

Залевская Ольга Сергеевна, 

220114, Минск, ул. Филимонова, 23

Olga S. Zalevskaya, 

23, Filimonova St., Minsk, 220114

olgazal88@mail.ruШиряевВ. А.ShiryaevV. A.

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

dcfs@samgtu.ruКлимочкинЮ. Н.KlimochkinYu. N.

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

dcfs@samgtu.ruСеменовС. Ф.SemyonovS. F.

220114, Минск, ул. Филимонова, 23

23, Filimonova St., Minsk, 220114

rrpcem@belriem.byРодионоваЛ. П.RodionovaL. P.

220114, Минск, ул. Филимонова, 23

23, Filimonova St., Minsk, 220114

rrpcem@belriem.byКлимовичО. В.KlimovichO. V.

220114, Минск, ул. Филимонова, 23

23, Filimonova St., Minsk, 220114

rrpcem@belriem.byЛютинаЯ. В.LiutinaYa. V.

220114, Минск, ул. Филимонова, 23

23, Filimonova St., Minsk, 220114

rrpcem@belriem.byЛеоноваМ. В.LeonovaM. V.

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

dcfs@samgtu.ruКраськоА. Г.Kras’koA. G.

220114, Минск, ул. Филимонова, 23

23, Filimonova St., Minsk, 220114

rrpcem@belriem.byГУ «Республиканский научно-практический центр эпидемиологии и микробиологии»БеларусьRepublican Scientific and Practical Center of Epidemiology and MicrobiologyBelarusФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»РоссияSamara State Technical UniversityRussian Federation20240404202401148153Copyright © Залевская О.С., Ширяев В.А., Климочкин Ю.Н., Семенов С.Ф., Родионова Л.П., Климович О.В., Лютина Я.В., Леонова М.В., Красько А.Г., 20242024Залевская О.С., Ширяев В.А., Климочкин Ю.Н., Семенов С.Ф., Родионова Л.П., Климович О.В., Лютина Я.В., Леонова М.В., Красько А.Г.Zaleuskaya O.S., Shiryaev V.A., Klimochkin Y.N., Semyonov S.F., Rodionova L.P., Klimovich O.V., Liutina Y.V., Leonova M.V., Kras’ko A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.microbe.ru/jour/article/view/1955

Цель работы – определение цитотоксичности и влияния полициклических производных каркасного ряда на репликативные свойства вируса SARS-CoV-2 в культуре клеток Vero-E6 in vitro.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучено вирусингибирующее действие 50 производных адамантана и бицикло[3.3.1]нонана, имеющих карбоциклические и гетероциклические заместители. Исследования проводили на культуре клеток Vero-E6 методом оценки цитопатического действия вируса. Влияние соединений на репликативные свойства вируса SARS-CoV-2 оценивали по снижению титра вируса в присутствии соединений в сравнении с контролем. На основании значений титра вируса в присутствии ряда последовательно уменьшающихся концентраций соединения вычисляли 50 % эффективную концентрацию.

Результаты и обсуждение

Результаты и обсуждение. При исследовании полициклических производных каркасного ряда выявлено два соединения с антивирусными свойствами в отношении вируса SARS-CoV-2. Среди производных бицикло[3.3.1]нонана, содержащих гетероциклические фрагменты, ингибирующее действие в отношении вируса SARS-CoV-2 показало соединение № 15144. Защитное действие соединения проявлялось в максимально переносимой концентрации (МПК) (70,0 мкг/мл) и в ½ МПК (35,0 мкг/мл). Обнаружено снижение титров вируса под воздействием МПК на 0,95 lg ТЦД50/мл, в ½ МПК (35,0 мкг/мл) – на 0,35 lg ТЦД50/мл. Значение 50 % эффективной концентрации (ЕС50) соединения № 15144 составило 64,0 мкг/мл, отношение МПК/ЕС50 – 1,09. Менее выраженной антивирусной активностью обладало соединение № 14838 (производное адамантана, содержащее карбоциклические фрагменты). В результате исследований установлено, что образец № 14838 в дозе МПК (45,0 мкг/мл) снижает инфекционный титр на 0,78 lg ТЦД50/мл, в ½ МПК (22,5 мкг/мл) – на 0,15 lg ТЦД50/мл по сравнению с контролем. Значение ЕС50 соединения № 14838 составило 37,0 мкг/мл, отношение МПК/ЕС50 – 1,22.

The aim of the work was to determine the cytotoxicity and the influence of polycyclic derivatives of the framework series on the replicative properties of the SARS-CoV-2 virus in Vero-E6 cell culture in vitro.

Materials and methods

Materials and methods. The virus inhibiting effect of 50 adamantane and bicyclo[3.3.1]nonane derivatives with carbocyclic and heterocyclic substituents was investigated. The studies were carried out on Vero-E6 cell culture by assessing the cytopathic effect of the virus. The impact of the compounds on the replicative properties of the SARS-CoV-2 virus was estimated by the decrease in virus titer in the presence of the compounds compared to the control. Based on the virus titer values in the presence of a series of successively decreasing concentrations of the compound, the 50 % effective concentration was calculated.

Results and discussion

Results and discussion. A study of polycyclic derivatives of the framework series has identified two compounds with antiviral properties against the SARS-CoV-2 virus. Among bicyclo[3.3.1]nonane derivatives containing heterocyclic fragments, compound No. 15144 has showed an inhibitory effect against the SARS-CoV-2 virus. The protective effect of the compound was manifested in maximum tolerable concentration (MTC) (70.0 μg/ml) and ½ MTC (35.0 µg/ml). A decrease in virus titers under the influence of MTC by 0.95 lg TCD50/ml, in ½ MTC (35.0 μg/ml) – by 0.35 lg TCID50/ml has been detected. The effective concentration (EC50) value of the compound No. 15144 was 64.0 μg/ml, the MTC/EC50 ratio was 1.09. Compound No. 14838 (adamantane derivative containing carbocyclic fragments) had less pronounced antiviral activity. As a result of research, it has been established that sample No. 14838 at a dose of MTC (45.0 μg/ml) reduces the infectious titer by 0.78 lg TCD50/ml, in ½ MTC (22.5 μg/ml) by 0.15 lg TCD50/ml compared to the control. The EC50 value of compound No. 14838 was 37.0 μg/ml, the MTC/EC50 ratio was 1.22.

адамантанбицикло[3.3.1]нонанVero-E6COVID-19SARS-CoV-2репликативные свойстваadamantanebicyclo[3.3.1]nonaneVero-E6COVID-19SARS-CoV-2replicative propertiesРабота выполнена в рамках международного проекта НИР «Рациональный дизайн производных гомоадамантана и бицикло[3.3.1]нонана как ингибиторов геликазы nsp13 SARSCoV-2» Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (БРФФИ) (договор от 01.07.2021 № М21РМ-089) и Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) (проект Бел_мол_а 20-53-04035).ReferencesDinesh D.C., Chalupska D., Silhan J., Koutna E., Nencka R., Veverka V., Boura E. Structural basis of RNA recognition by the SARS-CoV-2 nucleocapsid phosphoprotein. PLoS Pathog. 2020; 16(12):e1009100. DOI: 10.1371/journal.ppat.1009100.Dinesh D.C., Chalupska D., Silhan J., Koutna E., Nencka R., Veverka V., Boura E. Structural basis of RNA recognition by the SARS-CoV-2 nucleocapsid phosphoprotein. PLoS Pathog. 2020; 16(12):e1009100. DOI: 10.1371/journal.ppat.1009100.Yang H., Rao Z. Structural biology of SARS-CoV-2 and implications for therapeutic development. Nat. Rev. Microbiol. 2021; 19(11):685–700. DOI: 10.1038/s41579-021-00630-8.Yang H., Rao Z. Structural biology of SARS-CoV-2 and implications for therapeutic development. Nat. Rev. Microbiol. 2021; 19(11):685–700. DOI: 10.1038/s41579-021-00630-8.Giovanetti M., Benedetti F., Campisi G., Ciccozzi A., Fabris S., Ceccarelli G., Tambone V., Caruso A., Angeletti S., Zella D., Ciccozzi M. Evolution patterns of SARS-CoV-2: Snapshot on its genome variants. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2021; 538:88–91. DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.102.Giovanetti M., Benedetti F., Campisi G., Ciccozzi A., Fabris S., Ceccarelli G., Tambone V., Caruso A., Angeletti S., Zella D., Ciccozzi M. Evolution patterns of SARS-CoV-2: Snapshot on its genome variants. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2021; 538:88–91. DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.102.Fam M.S., Sedky C.A., Turky N.O., Breitinger H.G., Breitinger U. Channel activity of SARS-CoV-2 viroporin ORF3a inhibited by adamantanes and phenolic plant metabolites. Sci. Rep. 2023; 13(1):5328. DOI: 10.1038/s41598-023-31764-9.Fam M.S., Sedky C.A., Turky N.O., Breitinger H.G., Breitinger U. Channel activity of SARS-CoV-2 viroporin ORF3a inhibited by adamantanes and phenolic plant metabolites. Sci. Rep. 2023; 13(1):5328. DOI: 10.1038/s41598-023-31764-9.Wang Y., Zhang Y., Chen J., Wang M., Zhang T., Luo W., Li Y., Wu Y., Zeng B., Zhang K., Deng R., Li W. Detection of SARSCoV-2 and its mutated variants via CRISPR-Cas13-based transcription amplification. Anal. Chem. 2021; 93(7):3393–402. DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04303.Wang Y., Zhang Y., Chen J., Wang M., Zhang T., Luo W., Li Y., Wu Y., Zeng B., Zhang K., Deng R., Li W. Detection of SARSCoV-2 and its mutated variants via CRISPR-Cas13-based transcription amplification. Anal. Chem. 2021; 93(7):3393–402. DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04303.Heinen N., Meister T.L., Klöhn M., Steinmann E., Todt D., Pfaender S. Antiviral effect of budesonide against SARS-CoV-2. Viruses. 2021; 13(7):1411. DOI: 10.3390/v13071411.Heinen N., Meister T.L., Klöhn M., Steinmann E., Todt D., Pfaender S. Antiviral effect of budesonide against SARS-CoV-2. Viruses. 2021; 13(7):1411. DOI: 10.3390/v13071411.Sharun K., Tiwari R., Dhama K., Emran T.B., Rabaan A.A., Al Mutair A. Emerging SARS-CoV-2 variants: impact on vaccine efficacy and neutralizing antibodies. Hum. Vaccin. Immunother. 2021; 17(10):3491–4. DOI: 10.1080/21645515.2021.1923350.Sharun K., Tiwari R., Dhama K., Emran T.B., Rabaan A.A., Al Mutair A. Emerging SARS-CoV-2 variants: impact on vaccine efficacy and neutralizing antibodies. Hum. Vaccin. Immunother. 2021; 17(10):3491–4. DOI: 10.1080/21645515.2021.1923350.Khoshkam Z., Aftabi Y., Stenvinkel P., Paige Lawrence B., Rezaei M.H., Ichihara G., Fereidouni S. Recovery scenario and immunity in COVID-19 disease: A new strategy to predict the potential of reinfection. J. Adv. Res. 2021; 31:49–60. DOI: 10.1016/j.jare.2020.12.013.Khoshkam Z., Aftabi Y., Stenvinkel P., Paige Lawrence B., Rezaei M.H., Ichihara G., Fereidouni S. Recovery scenario and immunity in COVID-19 disease: A new strategy to predict the potential of reinfection. J. Adv. Res. 2021; 31:49–60. DOI: 10.1016/j.jare.2020.12.013.Butterworth R.F. Adamantanes for the treatment of neurodegenerative diseases in the presence of SARS-CoV-2. Front. Neurosci. 2023; 17:1128157. DOI: 10.3389/fnins.2023.1128157.Butterworth R.F. Adamantanes for the treatment of neurodegenerative diseases in the presence of SARS-CoV-2. Front. Neurosci. 2023; 17:1128157. DOI: 10.3389/fnins.2023.1128157.Fink K., Nitsche A., Neumann M., Grossegesse M., Eisele K.H., Danysz W. Amantadine inhibits SARS-CoV-2 in vitro. Viruses. 2021; 13(4):539. DOI: 10.3390/v13040539.Fink K., Nitsche A., Neumann M., Grossegesse M., Eisele K.H., Danysz W. Amantadine inhibits SARS-CoV-2 in vitro. Viruses. 2021; 13(4):539. DOI: 10.3390/v13040539.Habtemariam S., Nabavi S.F., Banach M., BerindanNeagoe I., Sarkar K., Sil P.C., Nabavi S.M. Should we try SARSCoV-2 helicase inhibitors for COVID-19 therapy. Arch. Med. Res. 2020; 51(7):733–5. DOI: 10.1016/j.arcmed.2020.05.024.Habtemariam S., Nabavi S.F., Banach M., BerindanNeagoe I., Sarkar K., Sil P.C., Nabavi S.M. Should we try SARSCoV-2 helicase inhibitors for COVID-19 therapy. Arch. Med. Res. 2020; 51(7):733–5. DOI: 10.1016/j.arcmed.2020.05.024.Jia Z., Yan L., Ren Z., Wu L., Wang J., Guo J., Zheng L., Ming Z., Zhang L., Lou Z., Rao Z. Delicate structural coordination of the Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus Nsp13 upon ATP hydrolysis. Nucleic Acids Res. 2019; 47(12):6538–50. DOI: 10.1093/nar/gkz409.Jia Z., Yan L., Ren Z., Wu L., Wang J., Guo J., Zheng L., Ming Z., Zhang L., Lou Z., Rao Z. Delicate structural coordination of the Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus Nsp13 upon ATP hydrolysis. Nucleic Acids Res. 2019; 47(12):6538–50. DOI: 10.1093/nar/gkz409.Newman J.A., Douangamath A., Yadzani S., Yosaatmadja Y., Aimon A., Brandão-Neto J., Dunnett L., Gorrie-Stone T., Skyner R., Fearon D., Schapira M., von Delft F., Gileadi O. Structure, mecha¬ nism and crystallographic fragment screening of the SARS-CoV-2 NSP13 helicase. Nat. Commun. 2021; 12(1):4848. DOI: 10.1038/s41467-021-25166-6.Newman J.A., Douangamath A., Yadzani S., Yosaatmadja Y., Aimon A., Brandão-Neto J., Dunnett L., Gorrie-Stone T., Skyner R., Fearon D., Schapira M., von Delft F., Gileadi O. Structure, mecha¬ nism and crystallographic fragment screening of the SARS-CoV-2 NSP13 helicase. Nat. Commun. 2021; 12(1):4848. DOI: 10.1038/s41467-021-25166-6.Chen J., Wang Q., Malone B., Llewellyn E., Pechersky Y., Maruthi K., Eng E.T., Perry J.K., Campbell E.A., Shaw D.E., Darst S.A. Ensemble cryo-EM reveals conformational states of the nsp13 helicase in the SARS-CoV-2 helicase replication-transcription complex. Nat. Struct. Mol. Biol. 2022; 29(3):250–60. DOI: 10.1038/s41594-022-00734-6.Chen J., Wang Q., Malone B., Llewellyn E., Pechersky Y., Maruthi K., Eng E.T., Perry J.K., Campbell E.A., Shaw D.E., Darst S.A. Ensemble cryo-EM reveals conformational states of the nsp13 helicase in the SARS-CoV-2 helicase replication-transcription complex. Nat. Struct. Mol. Biol. 2022; 29(3):250–60. DOI: 10.1038/s41594-022-00734-6.Sarafianos S.G., Adedeji A.O. Suppression of SARS Replication by SARS Helicase Inhibitors. Patent No. US20140005241, publ. 19.12.2013. Publ. No. WO2013/188887.Sarafianos S.G., Adedeji A.O. Suppression of SARS Replication by SARS Helicase Inhibitors. Patent No. US20140005241, publ. 19.12.2013. Publ. No. WO2013/188887.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.