Materiał genetyczny wewnątrz wirusów nie może przetrwać długo bez ochronnej powłoki z białek. Jednak proces, w którym te białka łączą się w celu zamknięcia (a tym samym ochrony) genomu wirusa, nie jest dobrze poznany – szczególnie w przypadku koronawirusów, które mają bardzo duże genomy RNA. Para naukowców z University of California w Riverside w USA i Songshan Lake Materials Laboratory w Chinach zidentyfikowała teraz interakcje występujące podczas składania SARS-CoV-2, koronawirusa, który powoduje COVID-19, i zbadała, w jaki sposób te interakcje doprowadzić do upakowania genomu w nowy wirion. Prace mogą pomóc w projektowaniu i opracowywaniu leków do walki z tym i innymi koronawirusami.
SARS-CoV-2 zawiera cztery białka strukturalne: otoczkę (E); membrana (M); nukleokapsyd (N); i kolec (S). Białka M, E i S są niezbędne do składania i tworzenia najbardziej zewnętrznej warstwy wirusa lub otoczki, która pomaga wirusowi dostać się do komórek gospodarza, a także chroni go przed uszkodzeniem.
Kompaktowy kompleks rybonukleoproteinowy
W nowej pracy fizyk z UC-Riverside Roya Zandi i jej byłego absolwenta Siyu Li (który jest obecnie postdoc w Songhan Lake) użył narzędzi obliczeniowych znanych jako modele gruboziarniste do symulacji, w jaki sposób SARS-CoV-2 tworzy się z tych części składowych. Modele te naśladują komponenty wirusa w dużych skalach i dostarczają cennych informacji na temat procesów składania wirusa.
Korzystając z tych modeli, para obliczyła, że białka N kondensują wirusowe RNA, tworząc tak zwany zwarty kompleks rybonukleoproteinowy, który jest zbiorem cząsteczek składających się zarówno z białka, jak i RNA. Zespół ten następnie oddziałuje z białkami M osadzonymi w błonie lipidowej. Wreszcie ma miejsce proces znany jako „pączkowanie” kompleksu rybonukleoproteinowego, kończący formację wirusową.
Interakcja między białkami N jest bardzo ważna
Naukowcy oparli kształt białka N w swoim modelu na dobrze znanej strukturze opisanej w literaturze. „RNA jest polimerem naładowanym ujemnie, aw białkach N jest dużo ładunków dodatnich” — wyjaśnia Zandi. „Interakcja między dodatnimi ładunkami białek N i ujemnymi ładunkami RNA powoduje kondensację RNA”.
opowiada Zandi Świat Fizyki że interakcje między białkami N okazały się bardzo ważne w kondensacji RNA. „Nie wiedzieliśmy o tym efekcie przed wykonaniem naszych symulacji” — dodaje.
Para modelowała również białka M w oparciu o ich strukturę i funkcję, jak opisano w literaturze. Zaprojektowali te białka w taki sposób, aby wchodziły w interakcje z białkami N, a także zginały błonę. „Model gruboziarnisty pozwolił nam zrozumieć mechanizmy oligomeryzacji białek, kondensacji RNA przez białka strukturalne i interakcji błona-białko, przewidując czynniki kontrolujące składanie wirusa” – wyjaśnia Li.
Mikroskopia o wysokiej rozdzielczości ujawnia maszynerię replikującą koronawirusa
W przeszłości Zandi zauważa, że zrozumienie czynników, które przyczyniają się do tworzenia wirusów, często prowadziło do nowych strategii terapeutycznych. Jej zdaniem, wyniki tych badań, które są szczegółowo opisane w czasopiśmie Wirusy, mogłoby w podobny sposób pomóc w zapewnieniu środków do walki z SARS-CoV-2. „Mechanizm składania, który odkryliśmy, może pomóc w projektowaniu i rozwoju małych cząsteczek ukierunkowanych na białka strukturalne wirusa, modyfikując ich funkcje, aby zakłócić wierność procesu składania” – mówi.
Zandi uważa, że w dłuższej perspektywie nowa praca może nawet stać się punktem odniesienia dla eksperymentów i mikroskopowych symulacji wszystkich atomów. „Obecnie współpracujemy z grupami eksperymentalnymi i obliczeniowymi w ramach kolejnego etapu naszych badań” — ujawnia. „Ostatecznie naszym celem jest połączenie wieloskalowych badań w celu dalszego rozwoju leków przeciwwirusowych w celu zatrzymania koronawirusów na etapie ich tworzenia”.
