In che modo il coronavirus apporta modifiche che impediscono alle cellule di non riconoscerlo?

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Con un codice di allarme, possiamo entrare in un edificio senza suonare la sirena e scattare l’allarme. Si scopre che il coronavirus 2 SARS ( SARS-CoV-2 ) ha lo stesso vantaggio nell’entrare nelle cellule.

Possiede il codice per entrare.

Il 24 luglio in Nature Communications, i ricercatori del Centro di Scienze Sanitarie dell’Università del Texas a San Antonio (UT Health San Antonio) hanno riferito come il coronavirus riesce a raggiungere questo obiettivo.

Gli scienziati hanno risolto la struttura di un enzima chiamato nsp16, che il virus produce e quindi utilizza per modificare il suo cappuccio RNA messaggero, ha dichiarato Yogesh Gupta, Ph.D., autore principale dello studio della Joe R. e Teresa Lozano Long School of Medicine presso UT Health San Antonio.

“È un camuffamento”, ha detto la dott.ssa Gupta. 

“A causa delle modifiche, che ingannano la cellula, l’RNA messaggero virale risultante è ora considerato parte del codice della cellula e non estraneo.”

Decifrare la struttura 3-D di nsp16 apre la strada alla progettazione razionale di farmaci antivirali per COVID-19 e altre infezioni emergenti di coronavirus, ha affermato il dott.

I farmaci, nuove piccole molecole, impedirebbero a nsp16 di apportare le modifiche.

Il sistema immunitario sarebbe quindi balzato sul virus invasore, riconoscendolo come estraneo.

“Il lavoro di Yogesh ha scoperto la struttura 3-D di un enzima chiave del virus COVID-19 richiesto per la sua replicazione e ha trovato una tasca in esso che può essere mirata per inibire quell’enzima.

Questo è un progresso fondamentale nella nostra comprensione del virus “, ha affermato il coautore dello studio Robert Hromas, MD, professore e decano della Long School of Medicine.

Il Dr. Gupta è professore associato presso il Dipartimento di Biochimica e Biologia Strutturale della UT Health San Antonio ed è membro del Greehey Children’s Cancer Research Institute dell’università.

In termini laici, l’RNA messaggero può essere descritto come un erogatore di codice genetico nei cantieri che producono proteine.


La grave sindrome respiratoria acuta coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ha causato la pandemia globale 1 della malattia coronavirus (COVID-19), che attualmente ha portato a oltre 10 milioni di casi confermati e oltre 500 mila decessi in oltre 200 paesi secondo l’Organizzazione mondiale della sanità (www.who.int).

I coronavirus sono stati a lungo una minaccia, ma i recenti sviluppi dimostrano che dovrebbero essere classificati come patogeni estremamente pericolosi e che dobbiamo sviluppare mezzi efficaci per sopprimere e curare le malattie causate da questi virus2.

Attualmente, l’arsenale di trattamenti approvati per le malattie causate dai coronavirus è piuttosto limitato e pertanto vi è un urgente bisogno di scoprire e sviluppare agenti terapeutici per il trattamento di COVID-19 e altre infezioni da coronavirus3.

Gli agenti antivirali ad azione diretta forniscono una spina dorsale per il trattamento di numerose malattie virali come l’epatite B e C e l’AIDS 4,5 e tale composto, remdesivir, è stato recentemente approvato dalla FDA per il trattamento di emergenza dei pazienti COVID-19.

Queste terapie mirano direttamente a una determinata proteina virale e, pertanto, è necessaria una comprensione più profonda della funzione delle singole proteine ​​virali per derivare le future terapie di COVID-19 e altre possibili infezioni da coronavirus.

I coronavirus hanno il più grande genoma di tutti i virus RNA. In particolare, il genoma di SARS-CoV-2 ha ~ 29 800 basi, che codificano per 4 proteine ​​strutturali e 16 non strutturali (nsp1 – nsp16) che sono essenziali per il ciclo di vita di questo virus6,7.

SARS-CoV-2 sfrutta l’ambiente cellulare a pieno vantaggio per l’uso e la replica8. È importante sottolineare che l’RNA virale deve essere protetto dall’immunità innata cellulare.

Uno degli elementi più importanti che garantisce l’integrità dell’RNA virale è il cappuccio, una disposizione specifica all’estremità 5 ‘della molecola di RNA che consiste di un N-metilated guanosina trifosfato e C2′-O-metil-ribosyladenina (tipo 1 tappo, Fig. 1).

Questa disposizione ricorda l’mRNA nativo delle cellule ospiti, stabilizza l’RNA e garantisce un processo efficace della sua traduzione 9,10,11.

Nelle cellule umane, tuttavia, il cappuccio è installato su mRNA appena trascritto già nel nucleo, a cui i coronavirus non hanno accesso. Al contrario, possiedono i propri enzimi che sintetizzano il cappuccio.

Chiaramente, questo processo è essenziale per la sopravvivenza e l’ulteriore replicazione dell’RNA virale nelle cellule. In linea di principio, sono necessari quattro diversi processi per l’installazione di un cappuccio di tipo 1 su RNA (mRNA umano o RNA coronavirus).

Innanzitutto, il γ-fosfato dall’estremità 5′-trifosfato dell’RNA nascente viene rimosso dalla trifosfatasi 5′-RNA. In secondo luogo, un guanosina monofosfato (GMP) è attaccato all’estremità formata da 5′-difosfato di RNA da una guanylyltransferase usando GTP come fonte di GMP. Infine, hanno luogo le fasi di metilazione.

In questo caso, sono necessari due passaggi enzimatici separati: uno per la metilazione N-7 della nucleobasi GTP (N-7 metiltransferasi) e l’altro per la metilazione C2′-O del seguente nucleotide.

Figura 1
La metilazione eseguita da nsp14 è evidenziata in blu, la metilazione eseguita da nsp16 in rosso. B = base.

I coronavirus utilizzano l’installazione in sequenza del cappuccio eseguita da diverse proteine ​​non strutturali (nsp) codificate dal loro genoma. Per i coronavirus, nsp10, 13, 14 e 16 sembrano essere coinvolti in questo processo 12.

La funzione primaria di nsp13 è lo svolgimento dell’RNA virale durante la replicazione. Pertanto, è considerato essenzialmente l’elicasi. Tuttavia, è anche una proteina con attività trifosfatasi 5′-RNA responsabile della scissione del monofosfato all’estremità 5′ dell’RNA nascente per fornire un difosfato13.

Non ci sono ancora prove chiare che una qualsiasi delle proteine ​​del coronavirus possieda la funzionalità guaniltransferasi associata alla creazione del cappuccio12. Nsp14 e nsp16 sono responsabili della metilazione del cappuccio sulla guanina del gruppo GTP e del gruppo idrossile C2 ′ del seguente nucleotide, rispettivamente.

Sia nsp14 che nsp16 sono metiltransferasi (MTasi) dipendenti dalla S-adenosilmetionina (SAM) e sembrano essere essenziali per il ciclo di vita virale7. In particolare, nsp16 sembra essere un obiettivo molecolare molto promettente dal punto di vista della chimica medicinale e del design dei farmaci.

È stato dimostrato che questa metiltransferasi 2′-O (MTasi) è indispensabile per la replicazione dei coronavirus nelle colture cellulari 14,15. Le attività enzimatiche di entrambi questi MTasi (nsp14 e nsp16) sono significativamente migliorate da nsp10, che è un cofattore necessario per la loro corretta funzione 15,16,17,18,19.

Qui riportiamo sulla struttura cristallina di SARS-CoV-2 nsp10-nsp16 in complesso con sinfungina, un inibitore della pan-MTasi originariamente isolato da Streptomyces griseoleus 20.

La struttura rivela una piega complessiva simile a SARS-CoV nsp10-nsp16 e, soprattutto, rivela dettagli atomici su come la sinfungina inibisce l’Nsp16 MTase. Ciò fornisce il punto di partenza per la progettazione di inibitori specifici.

Riferimenti

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More information: Structural basis of RNA cap modification by SARS-CoV-2, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-17496-8

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