회선신경망 기반 SARS-CoV-2 (COVID-19) 치료제 약물재창출 및 세포 실험 결과로서의 Peroxisome Proliferator- Activated Receptors-Gamma Agonist의 효과 (Recurrent Neural Network Based Drug Repurposing to Address SARS-CoV-2 (COVID-19), and the in vitro Antiviral Efficacy of Peroxisome Proliferator-Activated Receptors-Gamma Agonist)

서지정보

· 발행기관 : 대한가정의학회
· 수록지 정보 : Korean Journal of Family Practice / 11권 / 4호 / 312 ~ 321페이지
· 저자명 : 김남희, 동재준

초록

연구배경: Coronavirus disease 2019 (COVID-19) 감염 시 발병하는 급성 호흡곤란 증후군은 사이토카인 폭풍에 의해 촉발되며 이를 억제하는 면역 조절자를 활성화하는 방법이 COVID-19의 새로운 치료제로 떠오 르 고 있다. 본 연구에서는 인공지능 을 이용하여COVID-19 치료 가능성이 있는 약물 50가지를 선정하였고 이중 염증반응을 억제하는 역할을 하는 PPAR-γ agonist 2종의 항바이러스효과를 평가하는 세포 실험을 설계하였다.
방법: Drugbank와 CORD-19 database에 RNN 스크리닝을 적용하여화합물과 SARS-CoV-2 감염 세포에서 발현되는 main protease 구조물 사이의 결합 에너지 값이 높은 상위 50개의 치료제 후보군을 선정하였다. 세포 실험은 chloroquine, lopinavir, remdesivir를 처리한 대조군과 PPAR-γ agonist 2종을 처리한 실험군으로 나누어 진행하였으며 각 약물을 농도별로 처리하여 SARS-CoV-2 감염 세포 저해율을면역 형광법을 이용하여 구했다.
결과: 기준 화합물로 사용된 chloroquine (SI=9.28), remdesivir(SI=4.56), lopinavir (SI=3.5) 모두 SI 값이 1 이상으로 항바이러스 효과가 확인되었다. Chloroquine, lopinavir는 SARS-CoV-2 감염 저해 효과를 보이는 농도에서 세포독성이 크게 증가하였고 remdesivir는 세포독성이 증가하지 않았다. 반면 실험군으로 쓰인 PPAR-γ agonist 2종모두 SI=1로 SARS-CoV-2 감염 저해 효과가 미미하고 세포 독성도 증가하지 않는 것이 확인되었다.
결론: PPAR-γ agonist는 유의미한 SARS-CoV-2 감염 세포수의 저해를보이지 않아 COVID-19 치료제로는 한계가 있으나 인공지능을 신약개발에 활용하였다는 점에 본 연구의 의의가 있다.

영어초록

Background: Acute respiratory distress syndrome resulting from coronavirus (COVID-19) infection is triggered by cytokine storms, so activation ofinhibitory modulators of inflammatory pathways has become a new candidate modality for COVID-19 treatment. This study utilized artificialintelligence (A.I.) to search databases, and compiled a list of 50 drugs deemed plausible candidates for COVID-19 treatment. We then designed a cellbasedin vitro assay to evaluate the efficacy of PPAR-γ agonists against viral induced inflammation.
Methods: We applied RNN screening to Drugbank and CORD-19 databases, and selected as the top 50 drug candidates those compounds that havethe highest docking energy with the main protease produced by SARS-CoV-2 infected cells. We then designed an in vitro study includingchloroquine, lopinavir, and remdesivir treated cells as controls, and cells treated with two PPAR-γ agonists as experimental groups. SARS-CoV-2infected cells were administered a range of concentrations of each drug, and inhibition-normalized infection ratios were derived using animmunofluorescence method.
Results: The positive control groups’ SI’s were >1 (chloroquine SI=9.28, remdesivir SI=4.56, lopinavir SI=3.5), confirming their inhibitory effects againstSARS-CoV-2 infection. However, chloroquine and lopinavir displayed high cytotoxicity, and Remdesivir displayed low cytotoxicity. The two PPAR-γagonist SIs indicated that they possess no inhibitory effect against SARS-CoV-2 infection, but are clinically safe.
Conclusion: The PPAR-γ agonists did not reduce numbers of SARS-CoV-2 infected cells. Nevertheless, this study has significance in that we introducedthe use of A.I. for rapid new drug development during the COVID pandemic.

참고자료

· 없음