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Il nuovo studio descrive l'enzima dell'esone SARS-CoV-2 che promuove la resistenza antivirale

Un nuovo studio descrive la struttura di un enzima cruciale presente nel coronavirus 2 (SARS-CoV-2) di sindrome respiratorio acuto severo, che è il virus responsabile della malattia 2019 (COVID-19) di coronavirus. Questo enzima, che è conosciuto poichè il ′ di Coronavirus 3 - un exoribonuclease di 5 ′ (ExoN), è un enzima di correzione delle bozze che elimina i nucleosidi sbagliati dall'acido ribonucleico (RNA), che è il materiale genetico di SARS-CoV-2, così assicurando la replica fedele del genoma virale.

L'introduzione dei nucleosidi per inibire l'enzima RNA-dipendente (RdRp) del RNA polimerasi è un meccanismo importante delle droghe antivirali quale remdesivir; tuttavia, la presenza di esone rende queste droghe inutili. Di conseguenza, minimizzare la struttura dell'esone ha potuto contribuire ad identificare o aiuto nello sviluppo delle molecole inibitorie infine per accelerare i trattamenti di scoperta della droga.

Studio: Base strutturale di riconoscimento del disadattamento da un SARS-CoV-2 che corregge le bozze dell'enzima. Credito di immagine: creativeneko/Shutterstock.com

Sfondo

Fin qui, non ci sono efficaci antivirals contro SARS-CoV-2. Tuttavia, la sui replica/complesso della trascrizione (RTC) è un obiettivo di promessa, con la sua memoria di RdRp e di altre proteine non strutturali (nsps). Gli analoghi del nucleotide come remdesivir inseriscono il nucleotide sbagliato nel genoma SARS-CoV-2 per arrestare la replica; tuttavia, questo evento può essere salvato dall'attività di correzione delle bozze dell'esone.

Questo enzima, che è trovato come il dominio dell'esone del N-terminale della proteina non strutturale virale 14 (nsp14), è stimolato da nsp10, che egualmente stabilizza la sua struttura attiva del sito. L'esone egualmente riparte il RNA a doppia elica virale (dsRNA), che attiverebbe altrimenti i ricevitori del riconoscimento dell'host-agente patogeno (PRRs). Ciò contribuisce alle capacità immuni di fuga di SARS-CoV-2.

Lo studio corrente discute l'associazione molecolare dei substrati dall'esone come pure come questo enzima riconosce ed elimina i nucleotidi scorrettamente inseriti o gli analoghi nel filo recentemente di formazione del RNA.

Dettagli di studio

Gli scienziati hanno usato un substrato del RNA della forcella conosciuto come TSP31 per esplorare l'attività catalitica dell'esone. Ciò ha conceduto legare al RNA ma non alla fenditura del RNA dall'enzima.

Facendo uso di una combinazione di cromatografia di dimensione-esclusione (SEC), la microscopia dell'cryo-elettrone della unico particella (EM) e in silico i metodi, i ricercatori hanno trovato che il complesso di nsp10-nsp14-RNA lega egualmente a nsp8, comunque in un modo debole e dinamico. Questa associazione promuove l'associazione stabile del substrato del RNA che tiene conto fenditura del RNA dall'esone. Egualmente aumenta la degradazione del RNA dal complesso nsp10-nsp14.

Come fattore comune sia i complessi ad enzimi dell'esone che di RdRp, nsp8 sembra svolgere un ruolo cruciale nel trasferimento del substrato del RNA fra queste molecole. Tuttavia, più lavoro dovrà essere condotto per determinare come nsp8 corregge i nucleotidi mal adattati.

Quando un modulo mutante dell'esone è stato studiato, la parte del campione ha contenuto il modulo tetramerized del complesso di nsp10-nsp14-RNA, che sembra impedire l'associazione nsp8.

(A) La sovrapposizione SAR-CoV nsp10-nsp14 del complesso (blu del fiordaliso, PDB 5C8U) e del complesso di SARS-CoV-2 nsp10-nsp14-RNA (arancio) illustra i cambiamenti conformazionali dei cicli α2-α3 e α4-α5 e uno spostamento di 2,6 Å di H268 verso il RNA sopra l'associazione del substrato. (B) struttura attiva del sito di SARS-CoV-2 nsp10-nsp14 (PESO) - complesso del RNA. Ioni2+ di Ca, sfere verdi; acqua catalitica, sfera rossa. I residui del nucleotide in RNA del P-filo sono indicati con il pedice “il P.„ +1CP, - 1CP, l'acqua catalitica e due ioni attivi del metallo del sito sono sovrapposti con le loro densità cryo-EM contornate a 10σ. (C) struttura attiva del sito di SARS-CoV-2 nsp10-nsp14 (E191A) - complesso del RNA. Ioni2+ di mg, sfere verdi. +1CP, - 1CP e due ioni attivi del metallo del sito sono sovrapposti con le loro densità cryo-EM contornate a 7σ.

Meccanismo dell'associazione del substrato del RNA

I ricercatori hanno trovato che l'associazione del substrato del RNA al sito attivo dell'esone SARS-CoV-2 del complesso (WT) del wildtype nsp10-nsp14-RNA induce due ioni del metallo a legare al centro catalitico. Ciò avvia ulteriori reazioni quel completo il sito attivo.

La descrizione dettagliata delle interazioni con il dsRNA suggerisce che l'enzima mantenga la sua specificità per il substrato. Ancora, questi dettagli forniscono le informazioni sulla struttura del substrato riguardante l'altro RNA virale e che corregge le bozze degli esoni come pure l'esone preveduto SAR-CoV.

D'importanza, tutti gli esoni di coronavirus dividono gli stessi residui dicontatto in nsp14. Quindi, hanno lo stesso meccanismo del riconoscimento del substrato.

(A) Interazioni fra l'esone di SARS-CoV-2 nsp10-nsp14 e la spina dorsale del RNA T35P31. I residui del nucleotide in RNA del T-filo sono indicati con il pedice “T,„ i residui del nucleotide in RNA del P-filo sono indicati con i legami idrogeni di pedice “P.„ ed i ponti di sale sono indicati come linee punteggiate di gray. I residui d'interazione della proteina e del nucleotide sono sovrapposti con le loro densità cryo-EM contornate a 7σ. (B) interazioni fra l'esone di SARS-CoV-2 nsp10-nsp14 ed il RNA T35P31 a +1 e - le posizioni di 1 nucleobases. I legami idrogeni ed i ponti di sale sono indicati come linee punteggiate di gray. il π-π che impila le interazioni è indicato dalle linee punteggiate di verde. I residui d'interazione della proteina e del nucleotide sono sovrapposti con le loro densità cryo-EM contornate a 7σ. (C) la rappresentazione di superficie della casella dell'substrato-associazione dell'esone di SARS-CoV-2 nsp10-nsp14 mostra un'apertura limitata dal lato del T-filo che evita l'base-accoppiamento alla posizione del RNA +1 del substrato. Per chiarezza, il dominio di N7-MTase di nsp14 non è indicato. (D) rappresentazione di superficie del dominio dell'esone di LASV NP. Un substrato completamente base-accoppiato del dsRNA (indicato come fumetti) è limitato nella casella dell'substrato-associazione dell'esone di LASV. (E) rappresentazione di superficie del complesso dell'esone del politico III del DNA di Escherichia coli. La casella stretta dell'substrato-associazione permette l'entrata di ssDNA soltanto.

Altri risultati

I ricercatori hanno trovato che un ′ libero 3 - l'OH del substrato del RNA è essenziale per la ripartizione Esone-mediata di RNA. Ciò suggerisce che ′ 3 - gli analoghi del nucleotide di deoxy possono potenzialmente fungere da efficaci terminatori della catena di RdRp mentre sono resistenti all'asportazione dell'esone.

L'esone SARS-CoV-2 egualmente è stato trovato per accettare sia i substrati unico incagliati del RNA (ssRNA) che del dsRNA, quindi indicanti che la correzione del disadattamento in vivo potesse funzionare in almeno due modi diversi.

Gli autori egualmente hanno osservato quel RNA contenere il monofosfato del remdesivir (RMP), seguente l'incorporazione dell'inibitore, potrebbero ancora essere limitati dall'esone virale. Ciò è d'accordo con l'individuazione che questo RNA RMP-terminato rimane vulnerabile all'enzima, mentre l'assenza del ExonN aumenta la sua predisposizione. Altre modifiche dovrebbero anche essere esplorate.

Che cosa sono le implicazioni?

Questo studio discute come la correzione del disadattamento si presenta durante la sintesi del RNA dal SARS-CoV-2. Gli autori egualmente delucidano quali parti dell'architettura degli enzimi sono richieste per il suo riconoscimento del substrato del RNA e dell'atto catalitico.

Catturati insieme, gli autori offrono parecchi suggerimenti sulle alterazioni possibili che potrebbero essere fatte sulla struttura del ribosio per impedire la resistenza Esone-mediata agli inibitori analogici di RdRp del nucleotide. Questi informazioni potrebbero essere particolarmente utili durante la progettazione degli inibitori potenti dell'esone che possono combinarsi con le droghe come remdesivir per più azione efficace contro SARS-CoV-2.

Capendo questa struttura ed i dettagli molecolari di come gli impianti dell'esone possono contribuire a guidare ulteriore sviluppo dei antivirals.„

Journal reference:
Dr. Liji Thomas

Written by

Dr. Liji Thomas

Dr. Liji Thomas is an OB-GYN, who graduated from the Government Medical College, University of Calicut, Kerala, in 2001. Liji practiced as a full-time consultant in obstetrics/gynecology in a private hospital for a few years following her graduation. She has counseled hundreds of patients facing issues from pregnancy-related problems and infertility, and has been in charge of over 2,000 deliveries, striving always to achieve a normal delivery rather than operative.

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