Virusten sisällä oleva geneettinen materiaali ei voi selviytyä pitkään ilman proteiineja suojaavaa päällystettä. Prosessia, jolla nämä proteiinit kokoontuvat kapseloimaan (ja siten suojaamaan) virusgenomia, ei kuitenkaan tunneta hyvin – etenkään koronaviruksilla, joilla on erittäin suuret RNA-genomit. Tutkijapari Kalifornian yliopiston Riversidessa, Yhdysvalloissa ja Songshan Lake Materials Laboratoryssa Kiinassa, ovat nyt tunnistaneet COVID-2:ää aiheuttavan koronaviruksen SARS-CoV-19:n kokoamisen yhteydessä esiintyneet vuorovaikutukset ja tutkineet, miten nämä vuorovaikutukset johtaa siihen, että genomi pakataan uudeksi virioniksi. Työ voisi auttaa suunnittelemaan ja kehittämään lääkkeitä tämän ja muiden koronavirusten torjumiseksi.
SARS-CoV-2 sisältää neljä rakenneproteiinia: vaippa (E); kalvo (M); nukleokapsidi (N); ja piikki (S). M-, E- ja S-proteiinit ovat elintärkeitä viruksen uloimman kerroksen tai vaipan kokoamisessa ja muodostamisessa, mikä auttaa virusta pääsemään isäntäsoluihin sekä suojaamaan sitä vaurioilta.
Kompakti ribonukleoproteiinikompleksi
Uudessa työssä UC-Riversiden fyysikko Roya Zandi ja hänen entinen jatko-opiskelijansa Siyu Li (joka on nyt Songhan Laken postdoc) käytti karkearakeisina malleina tunnettuja laskentatyökaluja simuloidakseen SARS-CoV-2:n muodostumista näistä osista. Nämä mallit jäljittelevät viruskomponentteja suuressa mittakaavassa ja tarjoavat arvokasta tietoa virusten kokoamisprosesseista.
Näitä malleja käyttäen pari laski, että N-proteiinit kondensoivat viruksen RNA:ta muodostaen niin sanotun kompaktin ribonukleoproteiinikompleksin, joka on sekä proteiinista että RNA:sta koostuva molekyylikokonaisuus. Tämä kokoonpano on sitten vuorovaikutuksessa lipidikalvoon upotettujen M-proteiinien kanssa. Lopuksi tapahtuu prosessi, joka tunnetaan nimellä ribonukleoproteiinikompleksin "silmuminen", ja saa viruksen muodostumisen päätökseen.
N-proteiinien välinen vuorovaikutus on erittäin tärkeä
Tutkijat perustivat mallissaan N-proteiinin muodon hyvin tunnettuun kirjallisuudessa kuvattuun rakenteeseen. "RNA on negatiivisesti varautunut polymeeri ja N-proteiineissa on paljon positiivisia varauksia", Zandi selittää. "N-proteiinien positiivisten varausten ja RNA:n negatiivisten varausten välinen vuorovaikutus johtaa RNA:n kondensoitumiseen."
Zandi kertoo Fysiikan maailma että N-proteiinien väliset vuorovaikutukset osoittautuivat erittäin tärkeiksi RNA-kondensaatiossa. "Emme tienneet tästä vaikutuksesta ennen simulaatioidemme suorittamista", hän lisää.
Pari mallinsi myös M-proteiineja niiden rakenteen ja toiminnan perusteella, kuten kirjallisuudessa on kuvattu. He suunnittelivat nämä proteiinit sellaisiksi, että ne ovat vuorovaikutuksessa N-proteiinien kanssa ja myös taivuttavat kalvoa. "Karkearakeinen malli on antanut meille mahdollisuuden ymmärtää proteiinien oligomerisaation mekanismeja, rakenneproteiinien aiheuttamaa RNA:n kondensaatiota ja kalvo-proteiinivuorovaikutuksia, ennustaen tekijöitä, jotka ohjaavat viruksen kokoonpanoa", Li selittää.
Superresoluutioinen mikroskopia paljastaa koronavirusta replikoivan koneiston
Zandi huomauttaa aiemmin, että virusten muodostumiseen vaikuttavien tekijöiden ymmärtäminen on usein johtanut uusiin hoitostrategioihin. Hänen mielestään tämän tutkimuksen tulokset, jotka on kuvattu yksityiskohtaisesti lehdessä Virukset, voisi samalla tavoin tarjota keinoja torjua SARS-CoV-2:ta. "Löysimme kokoamismekanismin avulla voidaan suunnitella ja kehittää pieniä molekyylejä, jotka kohdistuvat viruksen rakenneproteiineihin ja muuttavat niiden toimintoja häiritsemään kokoonpanoprosessin tarkkuutta", hän sanoo.
Pidemmällä aikavälillä Zandi uskoo, että uudesta työstä voi tulla jopa vertailukohta kokeille ja mikroskooppisille kaikki atomin simulaatiot. "Teemme parhaillaan yhteistyötä kokeellisten ja laskennallisten ryhmien kanssa tutkimustemme seuraavaa vaihetta varten", hän paljastaa. "Viime kädessä pyrimme yhdistämään monimuotoisen tutkimuksen edistämään viruslääkkeiden jatkuvaa kehitystä koronavirusten pysäyttämiseksi niiden kokoamisvaiheessa."
