החומר הגנטי בתוך הנגיפים אינו יכול לשרוד לאורך זמן ללא ציפוי מגן של חלבונים. עם זאת, התהליך שבו החלבונים הללו מתאספים כדי לכמוס (ולכן להגן) על הגנום הנגיפי אינו מובן היטב - במיוחד עבור נגיף קורונה, שיש להם גנום RNA גדול מאוד. זוג חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בריברסייד, ארה"ב ומעבדת החומרים של אגם Songshan בסין זיהו כעת את האינטראקציות המתרחשות במהלך ההרכבה של SARS-CoV-2, נגיף הקורונה הגורם ל-COVID-19, וחקרו כיצד האינטראקציות הללו להוביל לארוז את הגנום לתוך ויריון חדש. העבודה עשויה לסייע בתכנון ובפיתוח של תרופות למלחמה בנגיף קורונה זה ואחרים.
SARS-CoV-2 מכיל ארבעה חלבונים מבניים: מעטפת (E); קרום (M); נוקלאוקפסיד (N); וספייק (S). חלבוני ה-M, E ו-S חיוניים להרכבה ויצירת השכבה החיצונית ביותר של הנגיף, או המעטפת, המסייעת לנגיף להיכנס לתאי מארח וכן להגן עליו מפני נזק.
קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין קומפקטי
בעבודה החדשה, פיזיקאי UC-Riverside רויה זנדי ותלמידה לשעבר לתואר שני סייו לי (שהיא כעת פוסט-דוקטורט באגם סונגהאן) השתמש בכלים חישוביים הידועים בשם מודלים בעלי גרעין גסים כדי לדמות כיצד נוצר SARS-CoV-2 מהחלקים המרכיבים הללו. מודלים אלה מחקים רכיבים ויראליים בקנה מידה גדול ומספקים מידע יקר על תהליכי הרכבת וירוסים.
באמצעות מודלים אלה, הזוג חישב שחלבוני N מעבים את ה-RNA הנגיפי ליצירת קומפלקס ריבונוקלאופרוטאין קומפקטי, שהוא מכלול של מולקולות המורכבות מחלבון ו-RNA. מכלול זה יוצר אינטראקציה עם חלבוני M המוטמעים בממברנת השומנים. לבסוף, מתרחש תהליך המכונה "ניצני" של קומפלקס הריבונוקלאופרוטאין, המשלים את היווצרות הנגיף.
אינטראקציה בין N חלבונים חשובה מאוד
החוקרים ביססו את צורת החלבון N במודל שלהם על מבנה ידוע המתואר בספרות. "RNA הוא פולימר בעל מטען שלילי ויש הרבה מטענים חיוביים בחלבוני ה-N", מסביר זנדי. "האינטראקציה בין המטענים החיוביים על N חלבונים ומטענים שליליים על RNA גורמת לעיבוי של RNA."
זנדי מספרת עולם הפיזיקה שהאינטראקציות בין חלבוני N התבררו כחשובות מאוד בעיבוי RNA. "לא ידענו על האפקט הזה לפני ביצוע הסימולציות שלנו", היא מוסיפה.
הזוג גם עיצב את חלבוני M על סמך המבנה והתפקוד שלהם כפי שמתואר בספרות. הם תכננו את החלבונים האלה כך שהם מקיימים אינטראקציה עם חלבוני ה-N וגם מכופפים את הממברנה. "המודל הגרעיני הגס איפשר לנו להבין את המנגנונים של אוליגומריזציה של חלבונים, עיבוי RNA על ידי חלבונים מבניים ואת האינטראקציות הממברנה-חלבון, ולחזות את הגורמים השולטים במכלול הנגיפים", מסביר לי.
מיקרוסקופ ברזולוציה סופר חושפת מכונות לשכפול נגיף קורונה
בעבר, זנדי מציין כי הבנת הגורמים התורמים להרכבת הנגיפים הובילה לעתים קרובות לאסטרטגיות טיפוליות חדשות. לדעתה, הממצאים ממחקר זה, המפורט בכתב העת וירוסים, יכול באופן דומה לעזור לספק את האמצעים להילחם ב-SARS-CoV-2. "מנגנון ההרכבה שחשפנו יכול להודיע לתכנון ולפיתוח של מולקולות קטנות המכוונות לחלבוני המבנה הנגיפי, לשנות את הפונקציות שלהן כדי לשבש את הנאמנות של תהליך ההרכבה", היא אומרת.
בטווח הארוך יותר, זנדי חושב שהעבודה החדשה יכולה אפילו להפוך לנקודת אמת לניסויים והדמיות מיקרוסקופיות של כל האטומים. "כרגע אנחנו משתפים פעולה עם קבוצות ניסויים וחישוביות לשלב הבא של החקירות שלנו", היא מגלה. "בסופו של דבר, אנו שואפים לחבר מחקר רב-קנה מידה כדי לקדם את המשך הפיתוח של תרופות אנטי-ויראליות לבלימת נגיף הקורונה בשלב ההרכבה שלהן."
