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Struttura di SARS-CoV-2 Nsp2 rivelatrice dal cryo-EM e dal AI

I ricercatori negli Stati Uniti hanno analizzato la proteina non strutturale 2 (Nsp2) del coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo per capire meglio la sua funzione e guidare la scoperta futura della droga. La pubblicazione è attualmente disponibile sul " server " della pubblicazione preliminare del bioRxiv*.

Studio: CryoEM ed il AI rivelano una struttura di SARS-CoV-2 Nsp2, una proteina multifunzionale in questione nei trattamenti chiave ospite. Credito di immagine: Naeblys/Shutterstock
Studio: CryoEM ed il AI rivelano una struttura di SARS-CoV-2 Nsp2, una proteina multifunzionale in questione nei trattamenti chiave ospite. Credito di immagine: Naeblys/Shutterstock

Un agente causativo della pandemia in corso di malattia di coronavirus (COVID-19), SARS-CoV-2, produce due grandi poliproteici dopo avere entrato nelle nostre celle, che più ulteriormente sono trasformate in 16 diverse proteine non strutturali (nsp1-nsp16) da due proteasi virali. Compiono una pletora di funzioni virali essenziali - compreso la replica del RNA e la formazione della vescicola della doppio membrana.

Malgrado il loro ruolo in patogenesi virale, molte di queste proteine non strutturali ancora non sono state dal punto di vista funzionale e caratterizzato strutturalmente. Inoltre, l'interfaccia esatta di interazione fra le proteine ospite e virali anche più di meno è capita.

Poiché i virus possono dirottare i vertici centrali nelle vie della cellula ospite, ottenere i dettagli molecolari di interazione del virale-host può provocare una migliore comprensione della patogenesi virale come pure la scoperta degli obiettivi attraenti per il trattamento antivirale, poiché c'è un più a basso rischio della generazione della resistenza.

SARS-CoV-2 la proteina Nsp2 è compresa nei trattamenti virali differenti; tuttavia, le sue funzioni esatte rimangono sconosciute. Ecco perché un gruppo di ricerca, piombo dal Dott. Meghna Gupta dall'università di California a San Francisco, ha presentato una struttura dettagliata della proteina suddetta nel nuovo rapporto metodologicamente robusto.

Strutture di predizione della proteina

Lo studio combina i dati sperimentali ottenuti da microscopia elettronica criogenica con un algoritmo premonitore sviluppato dal DeepMind di Google, AlphaFold2, che predice la struttura delle proteine.

“A nostra conoscenza, questo è il primo uso esplicito delle previsioni AlphaFold2 con gli ostacoli da una densità criogenica sperimentale di microscopia elettronica per Modellismo„, sottolinea gli autori di studio in questo documento del bioRxiv.

Tenendo conto della conoscenza sulla variazione di sequenza naturale in SARS-CoV-2 congiuntamente agli esperimenti di spettrometria di massa e della struttura, i ricercatori hanno identificato con successo due superfici chiave Nsp2 necessarie per le interazioni specifiche ospite.

Infine, per capire meglio quale regioni della proteina NSP2 sono dal punto di vista funzionale significative, questo gruppo di ricerca ha allineato le sequenze di NSP2 attraverso beta-coronaviruses che sono trovati in specie differenti.

Nsp2 ha un motivo obbligatorio conservato dello zinco ma altrimenti mostra la conservazione bassa. (A) Struttura Nsp2 rappresentata come nastro e colorata tramite conservazione (vedi i metodi per i dettagli). Le quattro cisteine mostrano il più alta conservazione e sono indicate nel rosso. L
Nsp2 ha un motivo conservato dell'zinco-associazione ma altrimenti mostra la conservazione bassa. (A) Struttura Nsp2 rappresentata come nastro e colorata tramite conservazione (vedi i metodi per i dettagli). Le quattro cisteine mostrano il più alta conservazione e sono indicate nel rosso. L'inserzione ingrandetta mostra il motivo del nastro dello zinco di Nsp2 in ciano stato allineato ai motivi del nastro dello zinco dalle strutture strutturalmente simili nel PDB in tonalità di gray (PDBs: 1JJ2, 5XON, 1QUP, 4C2M). (B) struttura di IBV Nsp2 (PDB: 3LD1, nastro giallo) allinea bene alla regione del C-terminale di SARS-CoV-2 Nsp2 (ciano) anche se ha identità di sequenza meno di di 10%.

Vari ruoli di SARS-Cov-2 Nsp2

La struttura risultante di questo studio mostra un sito alto-conservato dell'ione-associazione dello zinco, implicante un ruolo importante per Nsp2 in associazione del RNA. Ancora, la mappatura dettagliata delle mutazioni emergenti dalle varianti SARS-CoV-2 sulla struttura risultante dimostra le regioni potenziali di interazione host-Nsp2.

Specificamente, questo lavoro suggerisce un ruolo preteso di Nsp2 nel collegamento della trascrizione virale che sorge all'interno dei complessi virali della replica-trascrizione all'inizio di traduzione del messaggio virale.

Usando l'analisi strutturale congiuntamente agli esperimenti affinità-etichettati di spettrometria di massa di depurazione, i ricercatori egualmente hanno rivelato i mutanti Nsp2 che non possono interagire con differenti complessi della proteina o inibitori di traduzione.

Per concludere, i ruoli e le regioni biologici differenti di interesse sono stati scoperti su Nsp2, ma gli esperimenti di spettrometria di massa che mirano Nsp2 alla mutazione più prevalente (T85I) non hanno trovato alcuni cambiamenti nelle interazioni ospite di questo mutante.

Nsp2 possiede le superfici multiple di interazione per le proteine ospite. (A) I punteggi di interazione (media fra vapore ed i punteggi del san) per le proteine umane (“prede
Nsp2 possiede le superfici multiple di interazione per le proteine ospite. (A) I punteggi di interazione (media fra vapore ed i punteggi del san) per le proteine umane (“prede ") hanno reputato le interazioni di alto-fiducia in almeno un'analisi di spettrometria di massa di depurazione di affinità (“esca ") ed individuate per interagire con gli entrambi Nsp2 selvaggio tipi in questo studio ed in Gordon ed altri (2020a). L'interazione segna l'intervallo da zero ad uno, uno che è la maggior parte della alto-fiducia. (B) l'analisi statistica quantitativa dei dati dato-dipendenti (DDA) di spettrometria di massa di acquisizione facendo uso di MSstats per le interazioni selezionate e rappresentate nelle intensità di A. Prey è stata normalizzata dall'abbondanza di espressione dell'esca. I cambiamenti del popolare Log2 e i P-valori di BH-regolato sono stati calcolati confrontando ogni mutante al selvaggio tipo da questo studio. I profili neri quadrati descrivono i P-valori di regolato < 0,05. (C) l'analisi parallela di video (PRM) della reazione delle prede selezionate dalla B per i mutanti trovati per possedere significativo-ha cambiato le interazioni (P-valore di regolato < 0,05). (D) struttura di Nsp2 rappresentata come superficie (blu-chiaro) con le mutazioni considerate in questo studio rappresentato sulla superficie: E63K/E66K (blu scuro), K330D/K337D (rosso), D23Y/R27C (giallo), T85I (arancio) e G262V/G265V (grigio). Interazioni perse (P-valore di regolato < 0,05) da analisi globale di proteomics di acquisizione dato-dipendente (DDA) dalla B rappresentata in blu e nei complessi guadagnati della proteina rappresentati nel rosso

Progettazione futura d'informazione della droga

L'analisi di questa struttura Nsp2 ha rivelato una superficie in piena evoluzione della proteina che ha conseguenze potenziali per interazione del host-virus. E sebbene la conservazione globale fra beta-coronaviruses sia bassa, il motivo dell'zinco-associazione altamente è conservato.

“Collettivamente, la struttura riferita qui, combinato con interazione mutante che mappa, fornisce le fondamenta per gli studi funzionali di questa proteina evolutionarily conservata di coronavirus e può assistere la progettazione futura della droga„, conclude gli autori di questo studio.

Resta vedere come i risultati di questo studio aiuteranno in ricerca ulteriore d'informazione stata necessaria per lo sviluppo di nuove droghe, ma anche come l'interazione della proteina che mappa gli sforzi può rivelare gli obiettivi per la droga che repurposing.

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.

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Dr. Tomislav Meštrović

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Dr. Tomislav Meštrović

Dr. Tomislav Meštrović is a medical doctor (MD) with a Ph.D. in biomedical and health sciences, specialist in the field of clinical microbiology, and an Assistant Professor at Croatia's youngest university - University North. In addition to his interest in clinical, research and lecturing activities, his immense passion for medical writing and scientific communication goes back to his student days. He enjoys contributing back to the community. In his spare time, Tomislav is a movie buff and an avid traveler.

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