Det genetiske materialet inne i virus kan ikke overleve lenge uten et beskyttende belegg av proteiner. Prosessen der disse proteinene samles for å innkapsle (og derfor beskytte) det virale genomet er imidlertid ikke godt forstått - spesielt for koronavirus, som har veldig store RNA-genomer. Et par forskere ved University of California i Riverside, USA og Songshan Lake Materials Laboratory i Kina har nå identifisert interaksjonene på spill under monteringen av SARS-CoV-2, koronaviruset som forårsaker COVID-19, og utforsket hvordan disse interaksjonene føre til at genomet pakkes inn i et nytt virion. Arbeidet kan hjelpe til med design og utvikling av medisiner for å bekjempe dette og andre koronavirus.
SARS-CoV-2 inneholder fire strukturelle proteiner: konvolutt (E); membran (M); nukleokapsid (N); og pigg (S). M-, E- og S-proteinene er viktige for å sette sammen og danne virusets ytterste lag, eller konvolutt, som hjelper viruset å komme inn i vertscellene og beskytter det mot skade.
Kompakt ribonukleoproteinkompleks
I det nye arbeidet, UC-Riverside fysiker Roya Zandi og hennes tidligere doktorgradsstudent Siyu Li (som nå er postdoc ved Songhan Lake) brukte beregningsverktøy kjent som grovkornede modeller for å simulere hvordan SARS-CoV-2 dannes fra disse bestanddelene. Disse modellene etterligner virale komponenter i stor lengdeskala og gir verdifull informasjon om virussammenstillingsprosesser.
Ved hjelp av disse modellene beregnet paret at N-proteinene kondenserer det virale RNA-et til et såkalt kompakt ribonukleoproteinkompleks, som er en sammenstilling av molekyler som består av både protein og RNA. Denne sammenstillingen samhandler deretter med M-proteinene innebygd i lipidmembranen. Til slutt finner en prosess kjent som "spirende" av ribonukleoproteinkomplekset sted, og fullfører den virale dannelsen.
Interaksjon mellom N-proteiner er veldig viktig
Forskerne baserte formen på N-proteinet i sin modell på en velkjent struktur beskrevet i litteraturen. "RNA er en negativt ladet polymer og det er mange positive ladninger i N-proteinene," forklarer Zandi. "Samspillet mellom de positive ladningene på N-proteiner og negative ladningene på RNA resulterer i kondensering av RNA."
Zandi forteller Fysikkens verden at interaksjonene mellom N-proteiner viste seg å være svært viktige ved RNA-kondensering. "Vi visste ikke om denne effekten før vi utførte simuleringene våre," legger hun til.
Paret modellerte også M-proteinene basert på deres struktur og funksjon som beskrevet i litteraturen. De designet disse proteinene slik at de samhandler med N-proteinene og også bøyer membranen. "Den grovkornede modellen har tillatt oss å forstå mekanismene for proteinoligomerisering, RNA-kondensering av strukturelle proteiner og membran-protein-interaksjonene, og forutsi faktorene som styrer virussammenstillingen," forklarer Li.
Superoppløsningsmikroskopi avslører koronavirus-replikerende maskineri
Tidligere bemerker Zandi at forståelse av faktorene som bidrar til virussamling ofte har ført til nye terapeutiske strategier. I hennes syn, funnene fra denne forskningen, som er detaljert i tidsskriftet Virus, kan på samme måte bidra til å gi midler til å bekjempe SARS-CoV-2. "Sammenstillingsmekanismen vi har avdekket kan informere utformingen og utviklingen av små molekyler som retter seg mot virusstrukturproteinene, og modifiserer funksjonene deres for å forstyrre påliteligheten til monteringsprosessen," sier hun.
På lengre sikt tror Zandi at det nye arbeidet til og med kan bli en målestokk for eksperimenter og mikroskopiske simuleringer av alle atomer. "Vi samarbeider for tiden med eksperimentelle og beregningsmessige grupper for neste fase av undersøkelsene våre," avslører hun. "Til syvende og sist tar vi sikte på å koble multiskala forskning for å fremme den fortsatte utviklingen av antivirale medisiner for å arrestere koronavirus i deres monteringsfase."
