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L'ottimizzazione di frequenza di codone mostra a SARS-CoV-2 il potenziale antivirale

Gli studi intrapresi dai ricercatori all'Ohio State University e dalla scuola di medicina di Grossman di New York University in U.S.A., hanno rivelato che l'ottimizzazione di codone per l'espressione batterica causa la produzione di una proteina non strutturale 12 (Nsp12) degli enzimi inattivi, un sottounità catalitico del RNA polimerasi RNA-dipendente del coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo. Lo studio è attualmente disponibile sul " server " della pubblicazione preliminare del bioRxiv*.

Sfondo

SARS-CoV-2, l'agente patogeno causativo della pandemia di malattia 2019 di coronavirus (COVID-19), è unico incagliato, virus a RNA di positivo-senso con una dimensione del genoma di circa 30 KB. Oltre a codificare le proteine strutturali immunogene quale la punta, la membrana, nucleocapsid ed avvolge le proteine, il genoma di SARS-CoV-2 codifica parecchie proteine non strutturali (Nsps) che sono richieste per la replicazione virale e l'espressione genica. In uno stato come minimo attivo, il RNA polimerasi RNA-dipendente (RdRp) di SARS-CoV-2 comprende Nsp12, Nsp7 e Nsp8.

Nello studio corrente, gli scienziati hanno condotto un'analisi strutturale e funzionale approfondita di SARS-CoV-2 RdRp.

Osservazioni importanti

Gli scienziati hanno utilizzato una piattaforma di espressione di Escherichia coli per depurare le proteine essenziali e per valutare i dettagli meccanicistici di RdRp. Hanno osservato che RdRp ha montato con Nsp12 depurativo rimane principalmente inattivo. Con ulteriore analisi, hanno riconosciuto che la ricodificazione di Nsp12 è il motivo principale per questa a basso livello di attività di RdRp.

Mentre studiavano la ragione per il livello di poca attività, hanno osservato che l'attività enzimatica di Nsp7-Nsp8-Nsp12 rimane molto bassa sui modelli differenti, quale l'impalcatura ottimale della forcella. Dopo che a fondo studiando gli stati di trattamento e della reazione di depurazione, hanno eliminato il suo10 tag che è fissato con Nsp12 per depurazione. Tuttavia, la rimozione del suo10 tag non ha aumentato l'attività dell'enzima.

Ancora, hanno supposto che la riduzione del livello di radioattività di RdRp potesse accadere dovuto proteina recombinante che misfolding. Tutta l'alterazione nel mRNA di codifica ha potuto essere una causa potenziale di attività enzimatica bassa. Durante la produzione di Nsp12 facendo uso di una piattaforma di espressione di Escherichia coli, la sequenza di codone di Nsp12 è alterata generalmente per abbinare l'uso di codone del host. È una prassi malgrado il fatto che anche una singola sostituzione di codone possa alterare significativamente la funzione della proteina.

Per verificare la loro ipotesi, hanno eseguito una serie di esperimenti ed hanno osservato che RdRp montasse con attivo Nsp12 avesse un livello di radioattività significativamente che quello montato con Nsp12 depurativo. Per quanto riguarda proteina che misfolding, hanno osservato la differenza strutturale significativa fra attivo ed hanno depurato Nsp12 in termini di accessibilità a parecchi domini di RdRp.

L'analisi comparativa del gruppo ha rivelato che ci sono due regioni con i cluster rari di codone nell'attivo Nsp12, ma non in Nsp12 depurativo. I codoni rari sono necessari da fare una pausa il ribosoma e da assicurare la folding proteico adeguata. Costruendo le proteine chimeriche sostituendo queste regioni di attivo Nsp12 con le regioni corrispondenti di Nsp12 depurativo, hanno osservato che una proteina chimerica con 350-435 codoni derivati da Nsp12 depurativo è non funzionale.

Queste osservazioni suggeriscono che la traduzione adeguata della regione 350-435 sia un presupposto per attività Nsp12 ed interazione ottimali Nsp7-Nsp12, che a sua volta è essenziale per il perfetto funzionamento di RdRp.

Con ulteriore analisi strutturale, gli scienziati hanno notato una variazione fra attivo ed hanno depurato Nsp12 nella piegatura del dominio di NiRAN, che è richiesto per l'associazione del nucleotide. Gli scienziati hanno suggerito così che questa variazione nella folding proteico potrebbe essere responsabile della differenza in attivo e nelle attività depurative Nsp12. Facendo uso di sforzo di Escherichia coli con proteina ribosomiale mutata S12, hanno osservato che una traduzione attenuata può potenzialmente facilitare la piegatura adeguata di Nsp12.

Significato di studio

Lo studio rivela che l'ottimizzazione di frequenza di codone (ricodificare) di Nsp12 mRNA all'espressione batterica della proteina di sostegno può piombo a proteina che misfolding, che a loro volta può diminuire significativamente l'attività di SARS-CoV-2 RdRp. La presenza di codoni rari nei mRNAs è essenziale per folding proteico.

Cioè lo studio suggerisce che la traduzione di mRNA sotto-ottimizzato possa piombo alla generazione di RdRp altamente attivo e questi risultati sono più d'importanza particolarmente apprezzati per gli studi funzionali, per lo sviluppo delle piattaforme batteriche appropriate di espressione e, per l'identificazione degli inibitori novelli di RdRp.

Avviso *Important

il bioRxiv pubblica i rapporti scientifici preliminari che pari-non sono esaminati e, pertanto, non dovrebbero essere considerati conclusivi, guida la pratica clinica/comportamento correlato con la salute, o trattato come informazioni stabilite.

Journal reference:
Dr. Sanchari Sinha Dutta

Written by

Dr. Sanchari Sinha Dutta

Dr. Sanchari Sinha Dutta is a science communicator who believes in spreading the power of science in every corner of the world. She has a Bachelor of Science (B.Sc.) degree and a Master's of Science (M.Sc.) in biology and human physiology. Following her Master's degree, Sanchari went on to study a Ph.D. in human physiology. She has authored more than 10 original research articles, all of which have been published in world renowned international journals.

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