Imagini la nivel atomic ar putea îmbunătăți designul viitoarelor medicamente antivirale pentru COVID-19
O analiză detaliată a unei enzime-cheie din virusul care cauzează COVID-19 ar putea conduce la tratamente mai eficiente pentru această boală.
Analogii de nucleotide reprezintă un tip comun de medicamente antivirale care imită materialul genetic utilizat de virusuri pentru a se replica, păcălindu-le să insereze blocuri de construcție defectuoase în noile copii ale virusului. Mulți dintre acești analogi nu au efectul dorit împotriva SARS-CoV-2, virusul care cauzează COVID-19, deoarece coronavirușii dispun de o enzimă care identifică și elimină erorile genetice din ARN-ul său – un „corector” numit exoribonuclease (ExoN).
O echipă de cercetare condusă de Yang Yang, profesor asistent în cadrul Roy J. Carver Department of Biochemistry, Biophysics and Molecular Biology de la Iowa State University, a folosit imagini generate de un microscop electronic criogenic (cryo-EM) pentru a observa interacțiunea dintre ExoN și ARN-ul incorporat cu antivirale precum remdesivir, sofosbuvir și bemnifosbuvir.
Aceste instantanee atomice oferă o mulțime de informații despre grupurile funcționale care interacționează și despre ce tip de modificări ar putea face aceste tratamente mai eficiente.
Yang a declarat că imaginile cryo-EM care stau la baza cercetării – descrise în articole recente publicate în Nature Communications și Proceedings of the National Academy of Sciences – au atins o rezoluție de 2,4 angstromi, un nou record pentru ExoN. Un angstrom este echivalent cu o sută de milioane de centimetri. Majoritatea atomilor au o lățime de 1 până la 3 angstromi.
Cercetările, care s-au bazat pe studii anterioare din laboratorul lui Yang, au folosit noile sale metode pentru optimizarea cryo-EM. Această tehnologie de imagistică puternică creează reprezentări 3D la o scară atomică prin congelarea rapidă a probelor biologice, ceea ce produce o felie subțire de gheață fără cristale care este analizată cu un fascicul de electroni. Oamenii de știință care lucrează cu cryo-EM își rafinează constant fluxul de lucru pentru a obține o claritate mai mare.
„În ceea ce privește echipamentele, microscopul pe care l-am folosit acum câțiva ani comparativ cu microscopul pe care îl folosim acum este practic același”, a spus el. „Am observat această creștere semnificativă a rezoluției datorită unor schimbări importante pe care le-am făcut în modul de pregătire a probelor cryo-EM.”
Imaginile utilizate în cercetare provin de la unul dintre cele trei centre cryo-EM finanțate federal, care dispun de cele mai puternice instrumente din SUA. Mult din testarea pentru perfecționarea protocoalelor a avut loc prin colaborarea cu facilitățile cryo-EM de la Iowa State, a menționat Yang.
„Necesarul de încercări și erori este semnificativ”, a afirmat el.
Noua nivel de detaliu a permis echipei lui Yang să cartografieze modul în care antiviralele analogi de nucleotide schimbă dinamica de legare a ARN-ului virusului, făcând mai probabil ca acesta să se desprindă de enzima sa de replicare și să atragă corectorul ExoN. O mai bună înțelegere a mecanismelor moleculare este esențială pentru a depăși acest compromis reciproc, a spus Yang.
„Ne indică o direcție clară”, a comentat el.
O posibilă soluție ar fi modificarea unui analog de nucleotide astfel încât ARN-ul defectuos pe care îl generează să nu fie recunoscut de ExoN datorită formei nucleotidei modificate, care să fie incompatibilă. O altă opțiune ar viza creșterea legării cu ExoN, în timp ce se remodela enzima corectoare pentru a o bloca într-o formă inactivă, incapabilă să își îndeplinească funcția normală.
Yang a adăugat că laboratorul său studiază și alte tipuri de tratamente antivirale disponibile comercial, căutând semne de rezistență la ExoN. Găsirea unui medicament existent mai capabil să reziste corectării este probabil o cale mai rapidă pentru îmbunătățirea arsenalului de tratamente antivirale împotriva COVID-19.
„Dacă am decide să dezvoltăm o nouă generație de analogi de nucleotide, am avea încă multe de testat”, a concluzionat el.
