Frontiers in Pharmacology (Jun 2023)
Garbage in, garbage out: how reliable training data improved a virtual screening approach against SARS-CoV-2 MPro
- Santiago M. Ruatta,
- Santiago M. Ruatta,
- Denis N. Prada Gori,
- Martín Fló Díaz,
- Martín Fló Díaz,
- Franca Lorenzelli,
- Karen Perelmuter,
- Lucas N. Alberca,
- Lucas N. Alberca,
- Carolina L. Bellera,
- Carolina L. Bellera,
- Andrea Medeiros,
- Andrea Medeiros,
- Gloria V. López,
- Gloria V. López,
- Mariana Ingold,
- Williams Porcal,
- Williams Porcal,
- Estefanía Dibello,
- Irina Ihnatenko,
- Conrad Kunick,
- Marcelo Incerti,
- Martín Luzardo,
- Maximiliano Colobbio,
- Maximiliano Colobbio,
- Juan Carlos Ramos,
- Juan Carlos Ramos,
- Eduardo Manta,
- Eduardo Manta,
- Lucía Minini,
- María Laura Lavaggi,
- Paola Hernández,
- Jonas Šarlauskas,
- César Sebastian Huerta García,
- Rafael Castillo,
- Alicia Hernández-Campos,
- Giovanni Ribaudo,
- Giuseppe Zagotto,
- Renzo Carlucci,
- Noelia S. Medrán,
- Guillermo R. Labadie,
- Maitena Martinez-Amezaga,
- Carina M. L. Delpiccolo,
- Ernesto G. Mata,
- Laura Scarone,
- Laura Posada,
- Gloria Serra,
- Theodora Calogeropoulou,
- Kyriakos Prousis,
- Anastasia Detsi,
- Mauricio Cabrera,
- Guzmán Alvarez,
- Adrián Aicardo,
- Adrián Aicardo,
- Adrián Aicardo,
- Verena Araújo,
- Verena Araújo,
- Verena Araújo,
- Cecilia Chavarría,
- Cecilia Chavarría,
- Lucija Peterlin Mašič,
- Melisa E. Gantner,
- Melisa E. Gantner,
- Manuel A. Llanos,
- Manuel A. Llanos,
- Santiago Rodríguez,
- Luciana Gavernet,
- Luciana Gavernet,
- Soonju Park,
- Jinyeong Heo,
- Honggun Lee,
- Kyu-Ho Paul Park,
- Mariela Bollati-Fogolín,
- Otto Pritsch,
- Otto Pritsch,
- David Shum,
- Alan Talevi,
- Alan Talevi,
- Marcelo A. Comini
Affiliations
- Santiago M. Ruatta
- Laboratory Redox Biology of Trypanosomes, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Santiago M. Ruatta
- Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas, Universidad Nacional del Litoral, Santa Fe, Argentina
- Denis N. Prada Gori
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Martín Fló Díaz
- Laboratory of Immunovirology, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Martín Fló Díaz
- Departamento de Inmunobiología, Facultad de Medicina, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Franca Lorenzelli
- Laboratory Redox Biology of Trypanosomes, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Karen Perelmuter
- Cell Biology Unit, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Lucas N. Alberca
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Lucas N. Alberca
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Carolina L. Bellera
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Carolina L. Bellera
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Andrea Medeiros
- Laboratory Redox Biology of Trypanosomes, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Andrea Medeiros
- Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Gloria V. López
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Gloria V. López
- 0Vascular Biology and Drug Discovery Lab, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Mariana Ingold
- 0Vascular Biology and Drug Discovery Lab, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Williams Porcal
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Williams Porcal
- 0Vascular Biology and Drug Discovery Lab, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Estefanía Dibello
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Irina Ihnatenko
- 1PVZ—Center of Pharmaceutical Engineering, Institute of Medicinal and Pharmaceutical Chemistry, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Germany
- Conrad Kunick
- 1PVZ—Center of Pharmaceutical Engineering, Institute of Medicinal and Pharmaceutical Chemistry, Technische Universität Braunschweig, Braunschweig, Germany
- Marcelo Incerti
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Martín Luzardo
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Maximiliano Colobbio
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Maximiliano Colobbio
- 2Laboratorio de Química Fina, Facultad de Química, Instituto Polo Tecnológico de Pando, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Juan Carlos Ramos
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Juan Carlos Ramos
- 2Laboratorio de Química Fina, Facultad de Química, Instituto Polo Tecnológico de Pando, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Eduardo Manta
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Eduardo Manta
- 2Laboratorio de Química Fina, Facultad de Química, Instituto Polo Tecnológico de Pando, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Lucía Minini
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- María Laura Lavaggi
- 3Laboratorio de Química Biológica Ambiental, Sede Rivera, Centro Universitario Regional Noreste, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Paola Hernández
- 4Departamento de Genética, Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable, Montevideo, Uruguay
- Jonas Šarlauskas
- 5Life Sciences Centre, Department of Xenobiotic Biochemistry, Institute of Biochemistry, Vilnius University, Vilnius, Lithuania
- César Sebastian Huerta García
- 6Departamento de Farmacia, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de Mexico, Mexico
- Rafael Castillo
- 6Departamento de Farmacia, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de Mexico, Mexico
- Alicia Hernández-Campos
- 6Departamento de Farmacia, Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México, Ciudad de Mexico, Mexico
- Giovanni Ribaudo
- 7Department of Molecular and Translational Medicine, University of Brescia, Brescia, Italy
- Giuseppe Zagotto
- 8Department of Pharmaceutical and Pharmacological Sciences, University of Padova, Padova, Italy
- Renzo Carlucci
- 9Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Instituto de Química Rosario (IQUIR) UNR, CONICET, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
- Noelia S. Medrán
- 9Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Instituto de Química Rosario (IQUIR) UNR, CONICET, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
- Guillermo R. Labadie
- 9Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Instituto de Química Rosario (IQUIR) UNR, CONICET, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
- Maitena Martinez-Amezaga
- 9Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Instituto de Química Rosario (IQUIR) UNR, CONICET, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
- Carina M. L. Delpiccolo
- 9Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Instituto de Química Rosario (IQUIR) UNR, CONICET, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
- Ernesto G. Mata
- 9Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas, Instituto de Química Rosario (IQUIR) UNR, CONICET, Universidad Nacional de Rosario, Rosario, Argentina
- Laura Scarone
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Laura Posada
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Gloria Serra
- Departamento de Química Orgánica, Facultad de Química, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Theodora Calogeropoulou
- 0Institute of Chemical Biology, National Hellenic Research Foundation, Athens, Greece
- Kyriakos Prousis
- 0Institute of Chemical Biology, National Hellenic Research Foundation, Athens, Greece
- Anastasia Detsi
- 1Laboratory of Organic Chemistry, School of Chemical Engineering, National Technical University of Athens, Athens, Greece
- Mauricio Cabrera
- 2Laboratorio de Moléculas Bioactivas, Departamento de Ciencias Biológicas, CENUR Litoral Norte, Universidad de la República, Paysandú, Uruguay
- Guzmán Alvarez
- 2Laboratorio de Moléculas Bioactivas, Departamento de Ciencias Biológicas, CENUR Litoral Norte, Universidad de la República, Paysandú, Uruguay
- Adrián Aicardo
- Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Adrián Aicardo
- 3Centro de Investigaciones Biomédicas (CEINBIO), Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Adrián Aicardo
- 4Departamento de Nutrición Clínica, Escuela de Nutrición, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Verena Araújo
- Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Verena Araújo
- 3Centro de Investigaciones Biomédicas (CEINBIO), Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Verena Araújo
- 5Departamento de Alimentos, Escuela de Nutrición, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Cecilia Chavarría
- Departamento de Bioquímica, Facultad de Medicina, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Cecilia Chavarría
- 3Centro de Investigaciones Biomédicas (CEINBIO), Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- Lucija Peterlin Mašič
- 6Fakulteta za farmacijo, Univerza v Ljubljani, Ljubljana, Slovenia
- Melisa E. Gantner
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Melisa E. Gantner
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Manuel A. Llanos
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Manuel A. Llanos
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Santiago Rodríguez
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Luciana Gavernet
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Luciana Gavernet
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Soonju Park
- 7Screening Discovery Platform, Institut Pasteur Korea, Seongnam, Republic of Korea
- Jinyeong Heo
- 7Screening Discovery Platform, Institut Pasteur Korea, Seongnam, Republic of Korea
- Honggun Lee
- 7Screening Discovery Platform, Institut Pasteur Korea, Seongnam, Republic of Korea
- Kyu-Ho Paul Park
- 7Screening Discovery Platform, Institut Pasteur Korea, Seongnam, Republic of Korea
- Mariela Bollati-Fogolín
- Cell Biology Unit, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Otto Pritsch
- Laboratory of Immunovirology, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- Otto Pritsch
- Departamento de Inmunobiología, Facultad de Medicina, Universidad de la República, Montevideo, Uruguay
- David Shum
- 7Screening Discovery Platform, Institut Pasteur Korea, Seongnam, Republic of Korea
- Alan Talevi
- Laboratory of Bioactive Compound Research and Development (LIDeB), Faculty of Exact Sciences, National University of La Plata, Buenos Aires, Argentina
- Alan Talevi
- Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Buenos Aires, Argentina
- Marcelo A. Comini
- Laboratory Redox Biology of Trypanosomes, Institut Pasteur de Montevideo, Montevideo, Uruguay
- DOI
- https://doi.org/10.3389/fphar.2023.1193282
- Journal volume & issue
-
Vol. 14
Abstract
Introduction: The identification of chemical compounds that interfere with SARS-CoV-2 replication continues to be a priority in several academic and pharmaceutical laboratories. Computational tools and approaches have the power to integrate, process and analyze multiple data in a short time. However, these initiatives may yield unrealistic results if the applied models are not inferred from reliable data and the resulting predictions are not confirmed by experimental evidence.Methods: We undertook a drug discovery campaign against the essential major protease (MPro) from SARS-CoV-2, which relied on an in silico search strategy –performed in a large and diverse chemolibrary– complemented by experimental validation. The computational method comprises a recently reported ligand-based approach developed upon refinement/learning cycles, and structure-based approximations. Search models were applied to both retrospective (in silico) and prospective (experimentally confirmed) screening.Results: The first generation of ligand-based models were fed by data, which to a great extent, had not been published in peer-reviewed articles. The first screening campaign performed with 188 compounds (46 in silico hits and 100 analogues, and 40 unrelated compounds: flavonols and pyrazoles) yielded three hits against MPro (IC50 ≤ 25 μM): two analogues of in silico hits (one glycoside and one benzo-thiazol) and one flavonol. A second generation of ligand-based models was developed based on this negative information and newly published peer-reviewed data for MPro inhibitors. This led to 43 new hit candidates belonging to different chemical families. From 45 compounds (28 in silico hits and 17 related analogues) tested in the second screening campaign, eight inhibited MPro with IC50 = 0.12–20 μM and five of them also impaired the proliferation of SARS-CoV-2 in Vero cells (EC50 7–45 μM).Discussion: Our study provides an example of a virtuous loop between computational and experimental approaches applied to target-focused drug discovery against a major and global pathogen, reaffirming the well-known “garbage in, garbage out” machine learning principle.
Keywords