O material genético dentro dos vírus não pode sobreviver por muito tempo sem uma camada protetora de proteínas. No entanto, o processo pelo qual estas proteínas se reúnem para encapsular (e, portanto, proteger) o genoma viral não é bem compreendido – especialmente para os coronavírus, que têm genomas de ARN muito grandes. Dois pesquisadores da Universidade da Califórnia em Riverside, EUA, e do Laboratório de Materiais do Lago Songshan, na China, identificaram agora as interações em jogo durante a montagem do SARS-CoV-2, o coronavírus que causa o COVID-19, e exploraram como essas interações levar ao empacotamento do genoma em um novo vírion. O trabalho poderá auxiliar no projeto e desenvolvimento de medicamentos para combater este e outros coronavírus.
O SARS-CoV-2 contém quatro proteínas estruturais: envelope (E); membrana (M); nucleocapsídeo (N); e pico (S). As proteínas M, E e S são vitais para a montagem e formação da camada mais externa do vírus, ou envelope, que ajuda o vírus a entrar nas células hospedeiras, além de protegê-lo contra danos.
Complexo ribonucleoproteico compacto
No novo trabalho, o físico da UC-Riverside Roya Zandi e seu ex-aluno de pós-graduação Siyu Li (que agora é pós-doutorado em Songhan Lake) usou ferramentas computacionais conhecidas como modelos de granulação grossa para simular como o SARS-CoV-2 se forma a partir dessas partes constituintes. Esses modelos imitam componentes virais em grandes escalas e fornecem informações preciosas sobre os processos de montagem de vírus.
Usando esses modelos, a dupla calculou que as proteínas N condensam o RNA viral para formar o chamado complexo ribonucleoproteico compacto, que é um conjunto de moléculas que consiste em proteína e RNA. Esta montagem interage então com as proteínas M incorporadas na membrana lipídica. Por fim, ocorre um processo conhecido como “brotamento” do complexo ribonucleoproteico, completando a formação viral.
A interação entre proteínas N é muito importante
Os pesquisadores basearam o formato da proteína N em seu modelo em uma estrutura bem conhecida descrita na literatura. “O RNA é um polímero com carga negativa e há muitas cargas positivas nas proteínas N”, explica Zandi. “A interação entre as cargas positivas nas proteínas N e as cargas negativas no RNA resulta na condensação do RNA.”
Zandi conta Mundo da física que as interações entre as proteínas N revelaram-se muito importantes na condensação do RNA. “Não sabíamos desse efeito antes de realizar nossas simulações”, acrescenta ela.
A dupla também modelou as proteínas M com base em sua estrutura e função conforme descrito na literatura. Eles projetaram essas proteínas de forma que interagissem com as proteínas N e também dobrassem a membrana. “O modelo de granulação grossa nos permitiu compreender os mecanismos de oligomerização de proteínas, condensação de RNA por proteínas estruturais e as interações membrana-proteína, prevendo os fatores que controlam a montagem do vírus”, explica Li.
Microscopia de super-resolução revela máquinas replicadoras de coronavírus
No passado, Zandi observa que a compreensão dos factores que contribuem para a montagem do vírus levou frequentemente a novas estratégias terapêuticas. Na sua opinião, os resultados desta pesquisa, que são detalhados na revista Vírus, poderia igualmente ajudar a fornecer os meios para combater o SARS-CoV-2. “O mecanismo de montagem que descobrimos poderia informar o design e o desenvolvimento de pequenas moléculas que têm como alvo as proteínas da estrutura viral, modificando suas funções para atrapalhar a fidelidade do processo de montagem”, diz ela.
No longo prazo, Zandi acredita que o novo trabalho poderá até se tornar uma referência para experimentos e simulações microscópicas de todos os átomos. “Atualmente estamos colaborando com grupos experimentais e computacionais para a próxima etapa de nossas investigações”, revela. “Em última análise, pretendemos conectar a investigação multiescala para promover o desenvolvimento contínuo de medicamentos antivirais para deter os coronavírus na sua fase de montagem.”
