Le vulnerabilità all’interno dei “focolai” di replica SARS-CoV-2

Sotto la membrana SARS-CoV-2 e le sue punte si nasconde uno scarabocchio di materiale genetico, o RNA, avvolto da una proteina che agisce come un involucro di bolle per proteggere il materiale genetico. Questa proteina funge anche da “focolaio” per interazioni multiple per controllare la cellula infetta.

Attraverso studi sulla risoluzione atomica condotti dai ricercatori dell’Anschutz Medical Campus dell’Università del Colorado, sta diventando più chiaro il modo in cui questa proteina interagisce con i suoi bersagli per regolare molteplici funzioni, come la replicazione virale.

Andare alla radice dell’infezione da SARS-CoV-2 e cercare le vulnerabilità da sfruttare al suo interno, potenzialmente per frenare le infezioni da più coronavirus, è un interesse di ricerca di Elan Eisenmesser, Ph.D., professore associato presso il Dipartimento di Biochimica e Genetica molecolare presso la University of Colorado School of Medicine.

Questo “focolaio” di interazioni si trova sul nucleocapside, una delle quattro proteine ​​strutturali codificate da SARS-CoV-2. Le altre tre proteine ​​sono le proteine ​​della punta, della membrana e dell’involucro.

Il nucleocapside è costituito da 419 residui con domini distinti che includono un dominio N- e C-terminale ben ripiegato. Tuttavia, oltre la metà della proteina nucleocapside (proteina N) comprende regioni in gran parte dinamiche o flessibili costituite da sezioni simili a spaghetti, denominate “regioni intrinsecamente disordinate”.

Il team di Eisenmesser ha studiato tutte le regioni della proteina per capire meglio come le proteine ​​N svolgono un ruolo nel confezionamento dell’RNA virale e nella manipolazione del macchinario della cellula ospite.

Parte del comportamento manipolativo del nucleocapside, ha detto Eisenmesser, potrebbe essere quello di impedire la capacità della cellula ospite di attivare una risposta immunitaria, fondamentalmente bloccando le proteine ​​​​da svolgere il loro lavoro di lotta ai virus.

“Ora stiamo estendendo i nostri studi per esaminare le interazioni molecolari più grandi, non solo le interazioni con l’enzima ospite ciclofilina-A, ma anche con RNA più grandi direttamente dal genoma di COVID“, ha affermato Eisenmesser.

“Stiamo anche identificando quali parti della proteina sono veramente flessibili e potrebbero essere utilizzate come candidate per il vaccino“, ha affermato. “Contemporaneamente, stiamo davvero puntando su quali regioni del nucleocapside interagiscono per prime con l’RNA e le proteine ​​​​ospite“.

Le goccioline sono compartimenti di replicazione

Le osservazioni al microscopio

Eisenmesser e altri scienziati hanno appreso che la regione N-terminale della proteina inizialmente lega l’RNA, con dati recenti che indicano che il segmento C-terminale si lega in seguito. Mentre l’RNA della cellula ospite interagisce con la proteina N avvolgendosi attorno ad essa, formando essenzialmente il pluriball, il nucleocapside è ora noto per separare in fase goccioline che formano compartimenti privi di membrana, che sono al centro dell’attuale studio del suo team.

Eisenmesser descrive questa interazione di confezionamento del nucleocapside come un’affascinante “danza che controlla molteplici attività durante la replicazione virale”.

E cosa può orchestrare questa danza per formare questi compartimenti? È un enzima chiamato ciclofilina A, che esiste in grandi quantità all’interno delle cellule normali ed è noto da tempo per svolgere un ruolo nell’infezione virale.

“Mentre la ciclofilina-A della cellula ospite è nota per regolare la replicazione virale attraverso meccanismi sconosciuti, i nostri risultati ora indicano che la ciclofilina-A lo fa legandosi alle stesse regioni del nucleocapside note per formare questi compartimenti“, ha detto Eisenmesser.

“Elegante danza di produzione virale distruttiva”

“Queste due cose – le interazioni RNA/DNA e le interazioni con l’ospite (ciclofilina-A) – sono accoppiate in questo processo di confezionamento doppio. Non è come se una cosa accadesse alla volta“, ha detto Eisenmesser. “Tutto questo sta accadendo allo stesso tempo e di concerto. È un’elegante danza di regolazione, replicazione e infine produzione virale distruttiva delle cellule ospiti”.

“Quindi la domanda è: come si impacchetta attorno all’RNA? Come avviene questa (attività di avvolgimento a bolle) a risoluzione atomica?”. “Naturalmente, se potessimo capirlo, forse potremmo progettare farmaci che colpiscano quei punti coinvolti nella confezione“.

Eisenmesser ha affermato che l’obiettivo del suo team è utilizzare i dati dello studio pubblicato nel 2021 e “fare un passo avanti e capire come si leghi effettivamente a regioni specifiche del genoma utilizzando RNA più grandi e anche come altre proteine ​​​​ospite potrebbero essere prese di mira per modulare il risposta dell’ospite e confezionamento dell’RNA“.

Il team di Eisenmesser utilizza la risonanza magnetica nucleare per identificare queste interazioni molecolari. “Ora, dal momento che abbiamo identificato i punti sul nucleocapside a cui la ciclofilina-A si lega e potenzialmente modula la replicazione virale, cosa vogliamo fare? Vogliamo mutare quei punti, cambiare quei punti per determinare come modulano il scompartimenti.“

I biochimici stanno collaborando con i colleghi dei dipartimenti di Biochimica e Genetica Molecolare e Immunologia e Microbiologia della CU Anschutz con l’obiettivo di sviluppare un trattamento in grado di bloccare l’infezione coronavirale a posteriori, o almeno rallentarne la danza distruttiva all’interno delle cellule ospiti.

“L’obiettivo è sviluppare una comprensione a risoluzione atomica delle interazioni del coronavirus che aiuterà nello sviluppo di farmaci che possono bloccare fasi specifiche del ciclo di vita virale“, ha concluso Eisenmesser.