Genetski material znotraj virusov ne more dolgo preživeti brez zaščitne prevleke iz beljakovin. Vendar pa postopek, s katerim se ti proteini sestavijo, da inkapsulirajo (in s tem zaščitijo) virusni genom, ni dobro razumljen – zlasti za koronaviruse, ki imajo zelo velike genome RNA. Dvojica raziskovalcev na kalifornijski univerzi v Riversideu v ZDA in Laboratoriju za materiale jezera Songshan na Kitajskem sta zdaj identificirala interakcije med sestavljanjem SARS-CoV-2, koronavirusa, ki povzroča COVID-19, in raziskala, kako te interakcije vodi do pakiranja genoma v nov virion. Delo bi lahko pomagalo pri načrtovanju in razvoju zdravil za boj proti temu in drugim koronavirusom.
SARS-CoV-2 vsebuje štiri strukturne proteine: ovojnico (E); membrana (M); nukleokapsida (N); in konico (S). Proteini M, E in S so ključnega pomena za sestavljanje in oblikovanje najbolj zunanje plasti virusa ali ovojnice, ki pomaga virusu vstopiti v gostiteljske celice in ga ščiti pred poškodbami.
Kompakten ribonukleoproteinski kompleks
V novem delu fizik UC-Riverside Roya Zandi in njen nekdanji podiplomski študent Siyu Li (ki je zdaj podoktor na jezeru Songhan) je uporabil računalniška orodja, znana kot grobozrnati modeli, za simulacijo, kako SARS-CoV-2 nastane iz teh sestavnih delov. Ti modeli posnemajo virusne komponente na velikih dolžinah in zagotavljajo dragocene informacije o procesih sestavljanja virusa.
Z uporabo teh modelov je par izračunal, da N proteini kondenzirajo virusno RNA, da tvorijo tako imenovani kompaktni ribonukleoproteinski kompleks, ki je sklop molekul, sestavljenih iz beljakovin in RNA. Ta sklop nato sodeluje z M proteini, vgrajenimi v lipidno membrano. Na koncu pride do procesa, znanega kot "brstenje" ribonukleoproteinskega kompleksa, ki zaključi nastanek virusa.
Interakcija med N proteini je zelo pomembna
Raziskovalci so obliko proteina N v svojem modelu zasnovali na dobro znani strukturi, opisani v literaturi. "RNA je negativno nabit polimer in v proteinih N je veliko pozitivnih nabojev," pojasnjuje Zandi. "Interakcija med pozitivnimi naboji na proteinih N in negativnimi naboji na RNK povzroči kondenzacijo RNK."
Zandi pripoveduje Svet fizike da so se interakcije med proteini N izkazale za zelo pomembne pri kondenzaciji RNA. »Za ta učinek nismo vedeli, preden smo izvedli naše simulacije,« dodaja.
Par je tudi modeliral M proteine na podlagi njihove strukture in funkcije, kot je opisano v literaturi. Te proteine so zasnovali tako, da medsebojno delujejo z N proteini in tudi upogibajo membrano. "Grobozrnat model nam je omogočil razumevanje mehanizmov oligomerizacije proteinov, kondenzacije RNA s strukturnimi proteini in interakcij med membrano in proteinom ter napovedovanje dejavnikov, ki nadzorujejo sestavljanje virusa," pojasnjuje Li.
Mikroskop visoke ločljivosti razkriva stroje za razmnoževanje koronavirusa
V preteklosti Zandi ugotavlja, da je razumevanje dejavnikov, ki prispevajo k sestavljanju virusa, pogosto vodilo do novih terapevtskih strategij. Po njenem mnenju ugotovitve te raziskave, ki je podrobno opisana v reviji Virusi, bi lahko podobno pomagal zagotoviti sredstva za boj proti SARS-CoV-2. "Mehanizem sestavljanja, ki smo ga odkrili, bi lahko prispeval k oblikovanju in razvoju majhnih molekul, ki ciljajo na beljakovine virusne strukture, spreminjanje njihovih funkcij, da bi motili zvestobo procesa sestavljanja," pravi.
Dolgoročno Zandi meni, da bi novo delo lahko celo postalo merilo za eksperimente in mikroskopske simulacije vseh atomov. "Trenutno sodelujemo z eksperimentalnimi in računalniškimi skupinami za naslednjo stopnjo naših preiskav," je razkrila. "Navsezadnje želimo povezati večplastne raziskave za nadaljnji nadaljnji razvoj protivirusnih zdravil za zaustavitev koronavirusov v njihovi fazi sestavljanja."
