Target-based Design, Structural Optimization and Characterization of Novel Hepatitis B Virus Capsid Assembly Modulators

Abstract

L’hepatitis B crònica és una infecció hepàtica causada pel virus de l’hepatitis B (VHB). Tot i la disponibilitat d'una vacuna profilàctica, la infecció pel VHB continua sent un greu problema de salut mundial amb més de 250 milions de portadors a tot el món. Actualment, la infecció pel VHB es tracta amb anàlegs de nucleòs(t)id (NUC) i amb teràpia basada en interferó (IFN-α), que no proporcionen una cura útil. Per tant, hi ha una necessitat significativa de noves teràpies destinades a l’erradicació completa del virus dels hepatòcits infectats. Recentment s’ha reconegut que les molècules petites que actuen com moduladors d’assemblatge de la càpside (CAM) són agents antivirals prometedors per curar la infecció crònica per VHB. El projecte VIRO-FLOW té com a objectiu la identificació d’agents curatius nous contra el VHB, integrant els avantatges de la química de flux continu amb tecnologies de bioassaig in vitro mitjançant microfluídica. L’objectiu final del present projecte de tesi és la creació d’un sistema per a la generació de dades de relació estructura-activitat (SAR), on es poguessin utilitzar un conjunt de tècniques computacionals per accelerar el procés d’identificació de hits/leads, per optimitzar l’eliminació de propietats farmacològiques indesitjables de compostos actius coneguts i guiar la síntesi de llibreries de compostos, tant per batch com per flux continu. El disseny de molècules assistit per mètodes computacionals innovadors, com el cribratge virtual, scaffold hopping, el disseny in silico de biblioteques dirigides i els estudis d’acoblament molecular, adoptats en aquest treball d’investigació van conduir a la identificació de noves biblioteques de CAM per a HBV. També es va desenvolupar un mètode eficient per a la síntesi de compostos amb estructura basada en [1,2,4]triazolo[1,5-a]piridina-2-carboxamida mitjançant flux continu amb l'ajut de càlculs DFT per dilucidar el mecanisme del procés.

La hepatitis B crónica es una infección hepática causada por el virus de la hepatitis B (VHB). A pesar de la disponibilidad de una vacuna profiláctica, la infección por VHB sigue siendo un problema de salud mundial grave. Actualmente, la infección por VHB se trata con análogos de nucleós(t)idos (NUC) y con terapia basada en interferón (IFN-α), que no proporcionan una cura útil. Por tanto, existe una necesidad significativa de desarrollar nuevas terapias destinadas a la erradicación completa del virus de los hepatocitos infectados. Las moléculas pequeñas que actúan como moduladores de ensamblaje de la cápside (CAM) se han reconocido como agentes antivirales prometedores para curar la infección crónica por VHB. El proyecto VIRO-FLOW tiene como objetivo la identificación de nuevos agentes curativos para el VHB, integrando las ventajas de la química de flujo continuo con tecnologías de bioensayos in vitro en microfluídica. El objetivo final del presente proyecto de tesis fue la creación de un sistema para la generación de datos de relación estructura-actividad (SAR), donde se podría utilizar un conjunto de técnicas computacionales para acelerar el proceso de identificación de hits/leads, para optimizar la eliminación de las propiedades farmacológicas indeseables de los compuestos activos conocidos y guiar la síntesis de quimiotecas de compuestos en batch o en flujo continuo. El diseño de moléculas asistido por métodos computacionales innovadores, que incluyen la detección virtual, scaffold hopping, el diseño in silico de quimiotecas dirigidas y los estudios de acoplamiento molecular, adoptados en este trabajo de investigación, llevaron a la identificación de nuevas quimiotecas de CAM del VHB. También se ha desarrollado un método eficaz para la síntesis de compuestos con estructura basada en [1,2,4]triazolo[1,5-a]piridina-2-carboxamida mediante flujo continuo y con la ayuda de cálculos DFT para dilucidar el mecanismo del proceso.

Chronic hepatitis B is a severe liver infection caused by Hepatitis B Virus (HBV). Despite the availability of a prophylactic vaccination since 1982, HBV infection still remains a serious global health issue with more than 250 million carriers worldwide. Currently, HBV infection is treated with nucleos(t)ide analogs (NUCs) and, less commonly, interferon-based therapy (IFN-α). However, the standard of care (SOC) does not provide a functional cure. Thus, there is a significant need for novel therapeutics aiming towards the complete eradication of the virus from infected hepatocytes. Small-molecule capsid assembly modulators (CAMs) have been recently recognized as promising antiviral agents for curing chronic HBV infection. The VIRO-FLOW project aims at the fast and efficient identification of novel curative agents for HBV, integrating the advantages of continuous flow chemistry with in vitro microfluidic bioassay technologies. The end objective of the present thesis project was the creation of an integrated system for the generation of structure-activity relationship (SAR) data, where a suite of computational techniques could be utilized to speed up the process of hit/lead identification, to optimize out undesirable pharmacological properties of known actives and to guide and support the synthesis of compound libraries either in batch or flow. State of the art computer-aided design approaches, including virtual screening, scaffold hopping, in silico focussed library design and molecular docking studies of potential active compounds, adopted in this research work led to the identification of novel libraries of HBV CAMs. Moreover, an efficient method for the synthesis of the [1,2,4]triazolo[1,5-a]pyridine-2-carboxamide scaffold was also developed in continuous flow with the aid of DFT calculations to elucidate the mechanism of the process.