In vitro and in silico antiviral activity of di-halogenated compounds derived from L-tyrosine against human immunodeficiency virus 1 (HIV-1).

Abstract

ABSTRACT: Introduction: HIV-1 infection is considered one of the major public health problems worldwide. Due to the limited access to antiretroviral therapy, the associated side effects, and the resistance that the virus can generate, it has become necessary to continue the development of new antiviral agents. Natural products and their derivatives have shown therapeutic potential against HIV-1, including zidovudine, bevirimat, calanolide A, among others. The present study aimed to identify the anti-HIV-1 potential (in vitro and in silico) of sixteen synthetic di-halogenated compounds derived from L-Tyrosine. Methodology: toxicological modeling was performed with ADMET Predictor® and molecular docking with viral proteins was evaluated in silico using Autodock Vina®. In vitro cytotoxicity was determined by MTT in the TZM-bl cell line. A combined antiviral screening strategy (pre- and post-infection treatment) was performed in HIV-1 infected TZM-bl cells (R5 and X4 strains). The inhibitory effect was quantified by luciferase activity. Moreover, the antiviral activity of the most promising compounds against a pseudotyped virus (HIV-GFP-VSV-G) was determined by flow cytometry. Results: lower toxicity (both in silico and in vitro) of L-tyrosine-derived compounds was observed for those compounds with the free OH compared to tyramine-derived compounds. The compounds TODB-2M, TODC-2M, TODC-3M and YDC-3M showed statistically significant inhibitory activity greater than 40% against HIV-1 strains X4 and R5, and greater than 12% against HIV-GFP-VSV-G virus. Finally, in silico results showed favorable binding energy, mainly with protease, reverse transcriptase or gp120. Conclusion: compounds TODB-2M, TODC-2M, TODC-3M and YDC-3M have antiviral potential against HIV-1. The antiviral activity may be due to interaction with reverse transcriptase and/or viral protease, or with envelope gp120.

RESUMEN: Introducción: la infección por el VIH-1 se considera uno de los principales problemas de salud pública en todo el mundo. Debido al limitado acceso a la terapia antirretroviral, a los efectos secundarios asociados y a la resistencia que puede generar el virus, se ha hecho necesario continuar con el desarrollo de nuevos agentes antivirales. Los productos naturales y sus derivados han mostrado potencial terapéutico contra el VIH-1, entre estos se incluyen la zidovudina, el bevirimat, el calanolide A, entre otros. En el presente estudio se propuso identificar el potencial anti-VIH-1 (in vitro e in silico) de dieciséis compuestos sintéticos di-halogenados derivados de la L-Tirosina. Metodología: la modelación toxicológica se realizó con ADMET Predictor® y el acoplamiento molecular con proteínas virales fue evaluado in silico usando Autodock Vina®. La citotoxicidad in vitro fue determinada por MTT en la línea celular TZM-bl. Se realizó una estrategia de tamizaje antiviral combinada (tratamiento pre y post infección) en células TZM-bl, infectadas con VIH-1 (cepas R5 y X4). El efecto inhibitorio fue cuantificado mediante la actividad de la luciferasa. Por otra parte, se determinó la actividad antiviral de los compuestos más promisorios frente a un virus pseudotipado (HIV-GFP-VSV-G) mediante citometría de flujo. Resultados: se observó una menor toxicidad in silico e in vitro de los compuestos derivados de las L-tirosinas con el OH libre comparado con los compuestos derivados de la tiramina. Los compuestos TODB-2M, TODC-2M, TODC-3M y YDC-3M demostraron una actividad inhibitoria estadísticamente significativa mayor al 40% frente a las cepas X4 y R5 del VIH-1, y mayor al 12% contra el virus HIV-GFP-VSV-G. Finalmente, los resultados in silico mostraron una energía de unión favorable, principalmente con la proteasa, la transcriptasa reversa o la gp120. Conclusión: los compuestos TODB-2M, TODC-2M, TODC-3M y YDC-3M tienen potencial antiviral frente al VIH-1. La actividad antiviral, puede deberse a la interacción con la transcriptasa inversa y/o la proteasa viral, o con la gp120 de la envoltura.