Antiviral Peptides (AVPs): Mencari Peluang Terapi

39

Antiviral Peptides (AVPs): Mencari Peluang Terapi Alternatif Melawan Virus Korona

LINDA SUKMARINI Pusat Penelitian Bioteknologi – LIPI Kompleks Cibinong Science Center Jl. Raya Jakarta Bogor KM 46, Cibinong, Kab. Bogor, Jawa Barat 16911 Tel. 021 – 8754587/ Fax. 021 8754588 Email: [email protected]

Pendahuluan Pandemi global

coronavirus disease 2019 (COVID-19) yang disebabkan oleh virus severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) bermula di Wuhan, China pada akhir Desember 2019, dan sejak saat itu virus menyebar ke seluruh dunia. Wabah SARS-CoV-2 telah menjadi krisis kesehatan global yang terbesar abad ini setelah pandemi wabah

influenza (flu Spanyol) yang terjadi pada tahun 1918. Adapun kejadian luar biasa yang disebabkan virus Korona juga bukanlah yang pertama kali. Pada tahun 2002 ̶ 2003 terjadi epidemi SARS yang disebabkan oleh SARS-CoV dan epidemi Middle East respiratory syndrome (MERS) di tahun 2012 yang disebabkan oleh MERS-CoV. Kemunculan yang sporadis dan mewabahnya tipe baru CoV-

2 hingga menyebabkan banyak kematian tersebut menjadi peringatan bahwa virus Korona termasuk salah satu ancaman global yang berbahaya. Hingga saat ini, belum ada terapi antivirus dan vaksin yang cukup efektif dalam menangani wabah virus Korona (Li & De Clercq, 2020; Zhu et al., 2020; Chen et al., 2020).

Gambar 1. Struktur beberapa AVPs (Boas et al., 2019).

Penemuan dan pengembangan vaksin baru menjadi tantangan berat

tersendiri dan membutuhkan waktu yang tidak singkat. Peninjauan kembali fungsi

obat-obat yang sudah ada (drugs repurposing) sebagai antivirus untuk menangkal

BioTrends Vol.11 No.1 Tahun 2020

40

virus Korona masih terus juga dikaji pada tahapan uji in vitro, in vivo atau pun uji klinik (Sanders et al., 2020). Adapun pencarian dan pengembangan senyawa-senyawa baru sebagai obat antivirus masih terus dilakukan, salah satu alternatifnya adalah peptida sebagai kandidat agen terapeutik (Lou et al., 2014; Skalickova et al., 2015).

Karakteristik Peptida Antivirus (antiviral peptides = AVPs)

Senyawa peptida bahan alam memiliki spektrum bioaktivitas yang cukup luas dan beberapa di antaranya dapat memiliki lebih dari satu aktivitas biologi. Contohnya, beberapa peptida antimikroba (antimicrobial peptides = AMPs) juga menunjukan

aktivitas inhibisi terhadap berbagai virus, sehingga disebut sebagai peptida antivirus (antiviral peptides = AVPs) (Gambar 1). Senyawa peptida antivirus ini juga dapat dibuat secara sintetik (AVPs artifisial) dan didesain berbasis pendekatan bioinformatika secara in silico dan diuji interaksinya terhadap target tertentu (Scalickova et al., 2015; Boas et al., 2019).

Secara umum, AVPs bersifat kationik (bermuatan positif) dan ampifatik (mengandung daerah yang bersifat hidrofobik maupun hidrofilik). Karakteristik tersebut sangatlah penting untuk peptida yang berfungsi sebagai antimikroba. Adapun karakteristik fisiokimia antara AMPs dan AVPs juga tidak berbeda signifikan.

Hidrofobisitas termasuk karakteristik penting pada peptida dalam aktivitas menangkal virus berselubung (Bulet et al., 2004; Badani et al., 2014; Wang et al., 2017). Beberapa keunggulan AVPs alami diantaranya memiliki spesifitas tinggi, toksisitas dan biodegradabilitas peptidase rendah (yang membatasi akumulasi dalam jaringan tubuh) dan bobot molekul yang kecil. Namun demikian, waktu paruh yang pendek, potensi imunogenik, biaya produksi yang tinggi dan daya absorpsi secara oral yang rendah menjadi beberapa keterbatasan pemanfaatan senyawa-senyawa peptida tersebut sebagai obat antivirus (Galdiero et al., 2013; Skalickova et al., 2015).

Gambar 2. Situs inhibisi peptida antivirus pada siklus replikasi virus. Situs inhibisi peptida antivirus terkait dengan mekanisme aksi: (1) inhibisi virion, (2) adsorpsi, (3) penetrasi virus, (4) pelepasan endosom, (5) uncoating (pelepasan pembungkus luar) virus, (6) replikasi genom virus dan (7) pelepasan virion yang matang (Boas et al., 2019).


39

Mekanisme Aksi AVPs Studi AVPs telah menjadi

fokus beberapa proyek riset pada beberapa tahun ini, baik yang terkait struktur maupun mekanisme aksi. Adapun kompilasi informasi tersebut dapat diakses daring melalui basis data eksperimental peptida yang memiliki aktivitas antivirus (AVPdb;http://crdd.osd.net/servers/avpdb) (Gwyer et al., 2013; Mulder et al., 2013; Qureshi et al., 2014).

Secara umum, mekanisme aksi AVPs adalah dengan cara menghambat penempelan virus pada sel target serta fusi antara virus dan membran sel, merusak kapsul/selubung (envelope) virus ataupun menghambat replikasi atau penggandaan materi genetik virus, misalnya cyclosporin A (De Wilde et al., 2011; Skalickova et al., 2015). AVPs bersifat virusidal dengan bekerja secara langsung mencegah partikel virus masuk ke dalam sel target/inang atau

berkompetisi untuk situs penempelan pada membran sel inang sehingga tidak terjadi fusi antara virus dan membran sel, mencegah interaksi dan penetrasi virus sehingga pada akhirnya tidak terjadi adsorpsi. Selain itu, AVPs juga dapat berperan dalam menghambat siklus virus pada tahap lainnya (Gambar 2), yang menyebabkan di antaranya berupa penghambatan ekspresi gen awal virus (Boas et al., 2019).

Gambar 3. Struktur virus Korona (Peiris et al., 2004).

Desain Rasional AVPs dalam Menangkal Infeksi Virus Korona

Virus Korona merupakan virus RNA strain tunggal positif, berkapsul dan tergolong dalam famili Coronaviridae. Hingga saat ini, terdapat tujuh jenis virus

Korona yang telah dilaporkan dapat menginfeksi manusia, yaitu (1) HCoV-229E, (2) HCoV-OC43, (3) HCoV-NL63, (4) HCoV-HKUI, (5) SARS-CoV, (6) MERS-CoV dan (7) SARS-CoV-2 (Chen et al., 2020). Pada dasarnya, partikel virus Korona (Gambar 3) tersusun

oleh glikoprotein spike (S), kapsul/selubung (envelope = E), membran (M) dan kapsid inti (nucleocapsid = N) (Peiris et al., 2004; Chen et al., 2020). Spike merupakan protein transmembran tipe I dan dibentuk oleh dua subunit S1 dan S2. Subunit S1 memiliki domain


http://crdd.osd.net/servers/avpdb

http://crdd.osd.net/servers/avpdb

40

pengikatan reseptor (receptor-binding domain) yang bertanggung jawab dalam pengikatan dengan reseptor sel target. Sedangkan, subunit S2 yang terlibat dalam proses fusi atau masuknya virus ke

dalam sel, memiliki peptida fusi (fusion peptide, FP), heptad repeat 1 (HR1), heptad repeat 2 (HR2), domain transmembran (transmembrane domain, TM) dan peptida domain sitoplasma (cytoplasmic

domain peptide, CP). HR1 dan HR2 (Gambar 4) bergabung membentuk kompleks fusi inti 6-HB (six-helix bundle) (Gao et al., 2013).

Gambar 4. Struktur fusi inti MERS-CoV. (A) Struktur kompleks HR1/HR2, (B) Kompleks fusi inti 6-HB (Gao et al., 2013).

Murcroporin M-1 termasuk AVP artifisial yang didesain dari peptida bahan alam mucroporin yang disintesis dari venom kalajengking Chinese swimming scorpion (Lychas mucronatus). Varian murcroporin M-1 mengalami modifikasi asam amino glisin dan prolin menjadi residu polar arginin atau lisin (Gambar 4). Modifikasi asam amino tersebut menghasilkan varian peptida yang lebih bermuatan positif pada bagian hidrofilik peptida, sehingga meningkatkan interaksi dengan selubung virus.

Dengan demikian melalui mekanisme aksi virusidal, interaksi tersebut menurunkan kemampuan infeksi virus dengan aktivitas inhibisi terhadap SARS-CoV yang dilaporkan adalah EC50 = 14.46 µg mL-1 (7.12 µM) (Li et al., 2011).

Adanya gangguan pada proses pembentukan kompleks 6-HB diketahui dapat menghambat fusi virus ke dalam sel, sehingga infeksi virus dapat dicegah. Hal inilah yang menjadi basis desain peptida anti-MERS-CoV dan anti-HCoV-229E. Gao et al. (2013) mendesain peptida P1 berdasarkan

sekuens HR2 MERS-CoV yang memiliki aktivitas EC50 ≈ 3.013 µM secara in vitro. Peptida HRP2 didesain oleh Lu et al. (2014) berdasarkan sekuens HR1 dan HR2 MERS-CoV. Analog HRP2 berpotensi untuk dikembangkan sebagai inhibitor fusi virus untuk pengobatan pasien terinfeksi MERS-CoV. Begitu pula desain peptida MERS-5HB yang mengandung tiga salinan/kopi sekuens HR1 dan dua salinan sekuens HR2 diharapkan mampu mencegah interaksi antara HR1 dan HR2 (Sun et al., 2017). Adapun aplikasi AVPs


40

sebagai antivirus HcoV-229E dengan basis sekuens protein yang sama, peptida 229E-HR2P, menunjukkan

aktivitas antivirus yang stabil saat diberikan secara intranasal pada saluran

pernafasan atas dan bawah pada tikus (Xia et al., 2018).

Gambar 5. Sekuens peptida AVPs mucroporin dan mucroporin-M1. Residu asam amino yang

bersifat basa dan polar ditunjukkan dengan warna merah, residu non polar diindikasikan dengan warna biru dan residu yang menjadi target mutasi ditandai dengan warna hijau (Li et al., 2011).

Tantangan dan Peluang AVPs Sebagai Terapi Obat anti-virus Korona

Walaupun beberapa desain AVPs di atas menunjukan potensi terapi obat antivirus terhadap virus Korona, namun hingga saat ini belum ada dari senyawa-senyawa tersebut yang sudah memasuki tahapan uji klinik. Seperti yang telah disebutkan di atas, di antara banyak kelebihan AVPs sebagai agen terapi obat antivirus, ada beberapa kendala potensial yang masih harus ditangani.

Pertama, terkait biaya produksi AVPs sintetik yang tinggi karena berbasis sintesis kimia yang mahal. Pendekatan biosintesis melalui rekombinan peptida diharapkan dapat menjadi solusi untuk menekan biaya produksi. Kedua, waktu paruh yang pendek dan absorpsi secara oral yang rendah juga termasuk tantangan yang biasa ditemui karena peptida

rentan terhadap protease dan peptidase. Adapun untuk meningkatkan target terapeutik tersebut dapat dilakukan melalui modifikasi struktur kimia (misal modifikasi paska translasi dengan amidase dan asetilasi), siklisasi ataupun pemanfaatan isoform D-asam amino yang stabil dan penambahan rantai asam lemak. Dampaknya adalah terjadi peningkatan stabilitas dan pengurangan tingkat pengenalan substrat dan afinitas penempelan terhadap enzim protease, serta peningkatan permeabilitas antar membran (Vlieghe et al., 2010; Shartouny & Jacob, 2018). Ketiga, tantangan yang terkait sistem penghantaran yang sangat tergantung dengan target virus. Sebagai contoh, bila targetnya adalah selubung virus atau tahap replikasi, serta pemberian obat melalui oral dan injeksi parenteral, maka konjugasi peptida dengan

nanocarriers, antibodi, karbohidrat atau lipid dapat menjadi alternatif peluang terapi (Lembo et al., 2018; Boas et al., 2019).

Melalui pengembangan teknik atau metode untuk memproduksi dan meningkatkan baik farmakodinamik maupun farmakokinetik AVPs, tantangan-tantangan tersebut dapat berubah menjadi peluang yang potensial. Perhatian terhadap pengembangan obat berbasis peptida saat ini menjadi semakin meningkat. Skrining dan produksi skala besar dapat membantu percepatan tahapan pencarian obat, sehingga diharapkan lebih banyak peptida antivirus yang dapat memasuki tahapan uji klinik.

Daftar Pustaka Badani H, Garry RF dan

Wimley WC. (2014): Peptide Entry Inhibitors of Enveloped Viruses: The Importance of


40

Interfacial Hydrophobicity. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) ̶ Biomembranes, 1838, 2180-2197.

Boas LCPV, Campos ML, Berlanda RLA, Neves NC dan Franco OL. (2019): Antiviral Peptides as Promising Therapeutic Drugs. Cellular and Molecular Life Sciences, 76, 3525-3542.

Bulet P, Stöcklin R dan Menin L. (2004): Anti-microbial Peptides: From Invertebrates to Vertebrates. Immunological Reviews, 198, 169-184.

Chen Y, Liu Q, Guo D. (2020): Emerging Coronaviruses: Genome Structure, Replication and Pathogenesis. Journal of Medical Virology, 92: 418-423.

De Wilde AH, Zevenhoven-Dobbe JC, Van der Meer Y, Thiel V, Narayanan K, Makino S, Snijder EJ dan Van Hemert MJ. (2011): Cyclosporin A Inhibits the Replication of Diverse Coronaviruses. Journal of General Virology, 92, 2542-2548.

Galdiero S, Falanga A, Tarallo R, Russo L, Galdiero E, Cantisani M, Morelli G dan Galdiero M. (2013): Peptide Inhibitors against Herpes Simplex Virus Infections. Journal of Peptide Science, 19, 148-158.

Gao J, Lu G, Qi J, Li Y, Wu Y, Deng Y, Geng H, Li H, Wang Q, Xiao H, Tan W, Yan J dan Gao GF. (2013): Structure of the Fusion Core and Inhibition of Fusion by a Heptad Repeat Peptide Derived from the S protein of Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus. Journal of Virology, 87, 13134-13140.

Gwyer FE, Currie SM dan Davidson DJ. (2014): Cationic Host Defence Peptides: Potential as Antiviral Therapeutics. BioDrugs, 27, 479-493.

Li Q, Zhao Z, Zhou D, Chen Y, Hong W, Cao L, Yang J, Zhang Y, Shi W, Cao Z, Wu Y, Yan H dan Li W. (2011): Virucidal Activity of a Scorpion Venom Peptide Variant Mucroporin-M1 against Measles, SARS-CoV and Influenza H5N1 Viruses. Peptides, 32, 1518-1525.

Li G dan De Clercq E. (2020): Therapeutic Options for the 2019 Novel Coronavirus (2019-nCoV). Nature Reviews Drug Discovery, 19, 149-150.

Lou Z, Sun Y dan Rao Z. (2014): Current Progress in Antiviral Strategies. Trends Pharmacological Sciences, 35, 86-102.

Lu L, Liu Q, Zhu Y, Chan K-H, Qin L, Li Y, Wang Q, Chan JF-W, Du L, Yu F, Ma C, Ye S, Yuen K-Y, Rongguang Z dan Jiang S.

(2014): Structure-based Discovery of Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus Fusion Inhibitor. Nature Communications, 5, 3067.

Mulder KCL, Lima LA, Miranda VJ, Dias SC dan Franco OL. (2013): Current Scenario of Peptide-based Drugs: The Key Roles of Cationic Antitumor and Antiviral Peptides. Frontiers in Microbiology, 4, 321.

Peiris JSM, Guan Y dan KY Yuen. (2004): Severe Acute Respiratory Syndrome. Nature Medicine, 10, S88-S97.

Qureshi A, Thakur N, Tandon H dan Kumar M. (2014): AVPdb: A Database of Experimentally Validated Antiviral Targeting Medically Important Viruses. Nucleic Acid Research, 42, 1147-1153.

Sanders JM, Monogue ML, Jodlowski TZ dan Cutrell JB. (2020): Pharmacologic Treatments for Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A Review. JAMA, 13 April 2020, doi:10.1001/jama.2020.6019.

Shartouny JR dan Jacob J. (2018): Mining the Tree of Life: Host Defense Peptides as Antiviral Therapeutics. Seminars in Cell & Development Biology, 88, 147-155.


41

Skalickova S, Heger Z, Krejcova L, Pekarik V, Bastl K, Janda J, Kostolansky F, Vareckova E, Zitka O, Adam V dan Kizek R. (2015): Perspective of Use Antiviral Peptides against Influenza Virus. Virues, 7, 5428-5442.

Sun Y, Zhang H, Shi J, Zhang Z dan Gong R. (2017): Identification of a Novel Inhibitor against Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus. Viruses, 9, 255.

Wang C-K, Shih L-Y dan Chang K. (2017): Large-scale Analysis of Antimicrobial Activities in Relation to Amphipathicity and Charge Reveals Novel Characterization of Antimicrobial Peptides. Molecules, 22, 2037.

Xia S, Xu W, Wang Q, Wang C, Hua C, Li W, Lu L dan Jiang S. (2018): Peptide-based Membrane Fusion Inhibitors Targeting HCoV-229E Spike Protein HR1 and HR2 Domains.

International Journal of Molecular Sciences, 19, 487.

Zhu N, Zhang D, Wang W, Li X, Yang B, Song J, Zhao X, Huang B, Shi W, Lu R, Niu P, Zhan F, Ma X, Wang D, Xu W, Wu G, Gao G dan Tan W. (2020): A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. The New England Journal of Medicine, 328, 727-733.


Documents

Antiviral Peptides (AVPs): Mencari Peluang Terapi