Генетический материал внутри вирусов не может долго существовать без защитного покрытия из белков. Однако процесс сборки этих белков для инкапсуляции (и, следовательно, защиты) вирусного генома изучен недостаточно, особенно для коронавирусов с очень большими геномами РНК. Пара исследователей из Калифорнийского университета в Риверсайде, США, и Лаборатории материалов озера Суншань в Китае определили взаимодействия, играющие роль во время сборки SARS-CoV-2, коронавируса, вызывающего COVID-19, и изучили, как эти взаимодействия привести к упаковке генома в новый вирион. Работа может помочь в разработке и разработке лекарств для борьбы с этим и другими коронавирусами.
SARS-CoV-2 содержит четыре структурных белка: оболочка (E); мембрана (М); нуклеокапсид (N); и шип (S). Белки M, E и S жизненно важны для сборки и формирования самого внешнего слоя или оболочки вируса, которая помогает вирусу проникать в клетки-хозяева, а также защищает его от повреждений.
Компактный рибонуклеопротеиновый комплекс
В новой работе физик Калифорнийского университета в Риверсайде Ройя Занди и ее бывший аспирант Сию Ли (который сейчас является постдоком на озере Сонган) использовал вычислительные инструменты, известные как крупнозернистые модели, для моделирования того, как SARS-CoV-2 формируется из этих составных частей. Эти модели имитируют вирусные компоненты в больших масштабах и предоставляют ценную информацию о процессах сборки вирусов.
Используя эти модели, пара подсчитала, что N белков конденсируют вирусную РНК с образованием так называемого компактного рибонуклеопротеинового комплекса, который представляет собой набор молекул, состоящих как из белка, так и из РНК. Затем эта сборка взаимодействует с М-белками, встроенными в липидную мембрану. Наконец, происходит процесс, известный как «почкование» рибонуклеопротеинового комплекса, завершающий формирование вируса.
Взаимодействие между N белками очень важно
Исследователи основывали форму белка N в своей модели на хорошо известной структуре, описанной в литературе. «РНК — это отрицательно заряженный полимер, а в N-белках много положительных зарядов, — объясняет Занди. «Взаимодействие между положительными зарядами N-белков и отрицательными зарядами РНК приводит к конденсации РНК».
Занди рассказывает Мир физики что взаимодействия между N белками оказались очень важными при конденсации РНК. «Мы не знали об этом эффекте до моделирования», — добавляет она.
Пара также смоделировала белки М на основе их структуры и функции, как описано в литературе. Они разработали эти белки таким образом, что они взаимодействуют с белками N и также изгибают мембрану. «Грубая модель позволила нам понять механизмы олигомеризации белков, конденсации РНК структурными белками и мембранно-белковых взаимодействий, а также предсказать факторы, контролирующие сборку вируса», — объясняет Ли.
Микроскопия сверхвысокого разрешения выявила механизм репликации коронавируса
В прошлом Занди отмечает, что понимание факторов, способствующих сборке вируса, часто приводило к новым терапевтическим стратегиям. По ее мнению, результаты этого исследования, подробно описанные в журнале Вирусы, также может помочь предоставить средства для борьбы с SARS-CoV-2. «Механизм сборки, который мы раскрыли, может дать информацию для проектирования и разработки небольших молекул, нацеленных на белки вирусной структуры, изменяя их функции, чтобы нарушить точность процесса сборки», — говорит она.
В более долгосрочной перспективе, по мнению Занди, новая работа может даже стать эталоном для экспериментов и микроскопического моделирования всех атомов. «В настоящее время мы сотрудничаем с экспериментальными и вычислительными группами для следующего этапа наших исследований», — рассказывает она. «В конечном счете, мы стремимся объединить многомасштабные исследования для дальнейшей разработки противовирусных препаратов для задержания коронавирусов на стадии их сборки».
