Materialul genetic din interiorul virusurilor nu poate supraviețui mult timp fără un înveliș protector de proteine. Cu toate acestea, procesul prin care aceste proteine se adună pentru a încapsula (și, prin urmare, pentru a proteja) genomul viral nu este bine înțeles – în special pentru coronavirusuri, care au genomi ARN foarte mari. O pereche de cercetători de la Universitatea din California din Riverside, SUA și Songshan Lake Materials Laboratory din China au identificat acum interacțiunile în joc în timpul asamblarii SARS-CoV-2, coronavirusul care provoacă COVID-19, și au explorat modul în care aceste interacțiuni duce la împachetarea genomului într-un nou virion. Lucrarea ar putea ajuta la proiectarea și dezvoltarea medicamentelor pentru combaterea acestui coronavirus și a altor coronavirus.
SARS-CoV-2 conține patru proteine structurale: plicul (E); membrana (M); nucleocapsid (N); și vârful (S). Proteinele M, E și S sunt vitale pentru asamblarea și formarea stratului exterior sau învelișul virusului, care ajută virusul să intre în celulele gazdă și să îl protejeze de deteriorare.
Complex ribonucleoproteic compact
În noua lucrare, fizician UC-Riverside Roya Zandi și fosta ei studentă absolventă Siyu Li (care este acum postdoc la Lacul Songhan) a folosit instrumente de calcul cunoscute sub numele de modele cu granulație grosieră pentru a simula modul în care se formează SARS-CoV-2 din aceste părți constitutive. Aceste modele imită componentele virale la scară mare și oferă informații prețioase despre procesele de asamblare a virusului.
Folosind aceste modele, perechea a calculat că proteinele N condensează ARN-ul viral pentru a forma un așa-numit complex ribonucleoproteic compact, care este un ansamblu de molecule constând atât din proteine, cât și din ARN. Acest ansamblu interacționează apoi cu proteinele M înglobate în membrana lipidică. În cele din urmă, are loc un proces cunoscut sub numele de „mugurirea” complexului ribonucleoproteic, completând formarea virală.
Interacțiunea dintre proteinele N este foarte importantă
Cercetătorii au bazat forma proteinei N din modelul lor pe o structură bine-cunoscută descrisă în literatură. „ARN-ul este un polimer încărcat negativ și există o mulțime de sarcini pozitive în proteinele N”, explică Zandi. „Interacțiunea dintre sarcinile pozitive ale proteinelor N și sarcinile negative ale ARN-ului are ca rezultat condensarea ARN-ului.”
spune Zandi Lumea fizicii că interacțiunile dintre proteinele N s-au dovedit a fi foarte importante în condensarea ARN. „Nu știam despre acest efect înainte de a efectua simulările noastre”, adaugă ea.
Perechea a modelat, de asemenea, proteinele M pe baza structurii și funcției lor, așa cum este descris în literatură. Ei au proiectat aceste proteine astfel încât să interacționeze cu proteinele N și, de asemenea, să îndoaie membrana. „Modelul cu granulație grosieră ne-a permis să înțelegem mecanismele oligomerizării proteinelor, condensării ARN de către proteinele structurale și interacțiunile membrană-proteină, prezicând factorii care controlează ansamblul virusului”, explică Li.
Microscopia de super-rezoluție dezvăluie mașini de replicare a coronavirusului
În trecut, Zandi observă că înțelegerea factorilor care contribuie la asamblarea virusului a condus adesea la noi strategii terapeutice. În opinia ei, constatările din această cercetare, care este detaliată în jurnal Virusi, ar putea ajuta în mod similar să furnizeze mijloacele de combatere a SARS-CoV-2. „Mecanismul de asamblare pe care l-am descoperit ar putea informa proiectarea și dezvoltarea unor molecule mici care vizează proteinele din structura virală, modificându-le funcțiile pentru a perturba fidelitatea procesului de asamblare”, spune ea.
Pe termen lung, Zandi crede că noua lucrare ar putea deveni chiar un punct de referință pentru experimente și simulări microscopice ale tuturor atomilor. „În prezent, colaborăm cu grupuri experimentale și de calcul pentru următoarea etapă a investigațiilor noastre”, dezvăluie ea. „În cele din urmă, ne propunem să conectăm cercetarea pe mai multe scară pentru a promova dezvoltarea continuă a medicamentelor antivirale pentru a opri coronavirusurile în stadiul lor de asamblare.”
