Генетичний матеріал усередині вірусів не може довго існувати без захисної оболонки з білків. Однак процес, за допомогою якого ці білки збираються для інкапсуляції (і, отже, захисту) вірусного геному, недостатньо вивчений, особливо для коронавірусів, які мають дуже великі геноми РНК. Пара дослідників з Університету Каліфорнії в Ріверсайді, США, і Лабораторії матеріалів озера Суншань у Китаї тепер визначили взаємодію під час збирання SARS-CoV-2, коронавірусу, який викликає COVID-19, і дослідили, як ця взаємодія призводять до упаковки геному в новий віріон. Ця робота може допомогти в розробці та розробці ліків для боротьби з цим та іншими коронавірусами.
SARS-CoV-2 містить чотири структурні білки: оболонку (E); мембрана (М); нуклеокапсид (N); і шип (S). Білки M, E та S є життєво важливими для збирання та формування зовнішнього шару вірусу, або оболонки, яка допомагає вірусу проникати в клітини господаря, а також захищає його від пошкодження.
Компактний рибонуклеопротеїновий комплекс
У новій роботі фізик UC-Riverside Роя Занді та її колишній аспірант Сію Лі (який зараз є докторантом у Songhan Lake) використав обчислювальні інструменти, відомі як грубозернисті моделі, щоб змоделювати, як SARS-CoV-2 утворюється з цих складових частин. Ці моделі імітують вірусні компоненти у великих масштабах і надають цінну інформацію про процеси збірки вірусів.
Використовуючи ці моделі, пара підрахувала, що N-білки конденсують вірусну РНК з утворенням так званого компактного рибонуклеопротеїдного комплексу, який являє собою збірку молекул, що складається як з білка, так і з РНК. Ця збірка потім взаємодіє з М-білками, вбудованими в ліпідну мембрану. Нарешті, відбувається процес, відомий як «брунькування» рибонуклеопротеїдного комплексу, що завершує утворення вірусу.
Взаємодія між білками N дуже важлива
Дослідники заснували форму білка N у своїй моделі на добре відомій структурі, описаній у літературі. «РНК — це негативно заряджений полімер, і в N-білках багато позитивних зарядів», — пояснює Занді. «Взаємодія між позитивними зарядами на білках N і негативними зарядами на РНК призводить до конденсації РНК».
Занді розповідає Світ фізики що взаємодії між білками N виявилися дуже важливими в конденсації РНК. «Ми не знали про цей ефект до виконання наших симуляцій», – додає вона.
Пара також змоделювала М-білки на основі їх структури та функції, як описано в літературі. Вони створили ці білки так, щоб вони взаємодіяли з N-білками, а також згинали мембрану. «Грубозерниста модель дозволила нам зрозуміти механізми олігомеризації білка, конденсації РНК структурними білками та взаємодію мембрана-білок, передбачивши фактори, які контролюють збирання вірусу», — пояснює Лі.
Мікроскопія з надвисокою роздільною здатністю виявила механізм розмноження коронавірусу
У минулому Занді зазначає, що розуміння факторів, які сприяють збірці вірусів, часто призводило до нових терапевтичних стратегій. На її думку, результати цього дослідження, які детально описані в журналі Віруси, також може допомогти забезпечити засоби боротьби з SARS-CoV-2. «Механізм складання, який ми відкрили, міг би допомогти при проектуванні та розробці малих молекул, які націлені на білки вірусної структури, змінюючи їхні функції, щоб порушити точність процесу складання», — каже вона.
У довгостроковій перспективі Занді вважає, що нова робота може навіть стати еталоном для експериментів і мікроскопічного моделювання всіх атомів. «Зараз ми співпрацюємо з експериментальними та обчислювальними групами для наступного етапу наших досліджень», — розповідає вона. «Зрештою, ми прагнемо об’єднати багатомасштабні дослідження для подальшої розробки противірусних препаратів для зупинки коронавірусів на стадії збирання».
