28 сентября, 2022

hleb

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

SARS-CoV-2 3CLpro также подвержен мутациям.

Коронавирус тяжелого острого респираторного синдрома 2 (SARS-CoV-2) оказал глубокое влияние на общество и экономику во всем мире. С момента его появления в конце 2019 года были проведены обширные исследования SARS-CoV-2 с целью определения эффективных методов лечения, которые можно использовать для лечения коронавирусной болезни 2019 года (COVID-19). Эти усилия привели к разработке нескольких антител и противовирусных средств, которые теперь одобрены для использования у пациентов с COVID-19.

Стади: Функциональный ландшафт протеазы SARS-CoV-2 3CL. Изображение предоставлено: Наталья Рожкова / Shutterstock.com

Ориентация на SARS-CoV-2 3CLpro

Текущие методы лечения COVID-19 в первую очередь нацелены на три вирусные мишени, включая повышенный уровень гликопротеина, РНК-полимераза-зависимую РНК (RdRp), а также 3-химотрипсиноподобную протеазу (3CLpro). В то время как моноклональные антитела часто нацелены на белок SARS-CoV-2, ремдесивир и молнупиравир нацелены на вирусный RdRp, а нирматрелвир нацелен на SARS-CoV-2 3CLpro.

SARS-CoV-2 3CLpro необходим для репликации вируса, что делает этот фермент идеальной мишенью для новых методов лечения. Несколько ингибиторов 3CLpro SARS-CoV-2 уже разработаны, а некоторые даже проходят клинические испытания. Фактически, ингибитор SARS-CoV-2 3CLpro нирамтрелвир уже был одобрен для лечения пациентов с COVID-19 вместе с ритонавиром для предотвращения тяжелого заболевания.

По сравнению с шиповидным белком, который уже претерпел множество мутаций в ходе эволюции SARS-CoV-2 во время пандемии, 3CLpro в значительной степени консервативен для многих коронавирусов. Это говорит о том, что разработка крупномасштабных противовирусных препаратов, нацеленных на этот фермент, может быть полезной для нынешней пандемии, а также для будущих вспышек коронавируса.

об учебе

В недавнем исследовании, опубликованном в биоRxiv* Сервер и исследователи из Медицинского центра Ирвинга Колумбийского университета, Тегеранского университета и Центра исследования рака Фреда Хатчинсона оценивают активность всех потенциальных мутаций в SARS-CoV-2 3CLpro с помощью глубокого сканирования мутаций (DMS). Этот подход ранее использовался для оценки влияния мутаций на экспрессию спайкового белка SARS-CoV-2, а также его способности связываться с рецептором ангиотензинпревращающего фермента 2 (ACE2) клетки-хозяина и нейтрализующими антителами.

READ  Удивительно: НАСА обнаружило с орбиты небольшой вертолет с Марса

Saccharomyces cerevisiae (эмергентные дрожжи) использовались в текущем исследовании из-за простоты обращения с ними, полезности в предыдущих исследованиях DMS SARS-CoV-2, фолдинга ко-белков, посттрансляционной модификации и оборота белков человека. Штамм дрожжей, несущий клонированный ген 3CLpro SARS-CoV-2, был создан с использованием вектора экспрессии индуцируемых дрожжей.

3CLpro ограничивает рост в лаборатории

Клетки, экспрессирующие 3CLpro SARS-CoV-2, росли медленнее по сравнению с клетками, несущими нетоксичный усиленный желтый флуоресцентный белок (EYFP). Впоследствии был создан каталитически неактивный мутант C145A, чтобы определить, было ли это наблюдаемое снижение роста обусловлено ферментативной активностью 3CLpro или активностью экзогенно продуцируемых протеаз.

С этой целью мутант C145A рос со скоростью, аналогичной нетоксичному контролю EYFP, когда продуцировался в дрожжах, что указывает на то, что обнаруженная токсичность была прямым следствием активности 3CLpro.

Мутант 3CLpro.Активность

Затем активность каждого варианта обогащения SARS-CoV-2 3CLpro была проанализирована в индуцированных и нестимулированных условиях, чтобы впоследствии получить оценку активности для каждого фермента. Затем эти оценки нормализовали до дикого типа и прекратили кодирование, которые были установлены на 0 и -1 соответственно. Эти исследования показали, что толерантность белка к каждой мутации сильно различается в зависимости от варианта, при этом определенные области оказались сильно ограниченными и устойчивыми к мутации.

Более конкретно, мутации в индуцибельном пигменте His41 и Cys145, оба из которых необходимы для активности 3CLpro, неизбежно приводили к потере протеасомной активности. Другие важные остатки в активном сайте, которые были сохранены, включали Asp187 и Arg40, оба из которых важны для стабилизации различных структур внутри 3CLpro.

Phe140, Glu143, His163, His164 и Gln192 также были наиболее консервативными остатками, которые оказались устойчивыми к мутациям. Условно говоря, Glu166 и Gln189 оказались неконсервативными остатками, которые также могут быть устойчивыми к мутациям.

READ  Странный вид темной энергии может разгадать тайну расширяющейся Вселенной

Исследователи также отмечают, что различные области мутантов 3CLpro, например те, которые образуют каталитический карман внутри фермента или на границе димеризации, по-видимому, очень чувствительны к мутациям. Наблюдения DMS за активностью мутантного 3CLpro впоследствии были подтверждены в лаборатории Анализы оценивали протеазную активность этих мутантов.

Эволюция обслуживания 3CLpro

Несмотря на высокую степень консервативности, наблюдаемую в 3CLpro, другие вирусные протеазы 3CL остаются весьма разнообразными. Чтобы понять активность менее консервативных остатков 3CLpro, возникающих в результате эволюции, исследователи использовали сервер ConSurf.

Сервер ConSurf предоставил платформу для оценки скорости эволюции каждого остатка, при этом плохо сохранившиеся остатки были отнесены к категории имеющих высокую скорость эволюции. Для сравнения, большая степень сохранности хвостов привела к классификации скорости эволюции как средней или низкой.

Мутационная толерантность наблюдалась в остатках с высокой частотой мутаций, тогда как непереносимость мутаций наблюдалась в остатках с низкой скоростью эволюции. Один потенциальный фактор, который может способствовать эволюционному сохранению 3CLpro, может включать компенсаторные или активирующие мутации, которые не входили в рамки текущего исследования.

Разветвления

Несмотря на высококонсервативную природу 3CLpro у разных коронавирусов, текущее исследование показало, что этот фермент все еще может приобретать различные мутации; Однако эти мутации, по-видимому, существенно не изменяют активность 3CLpro. Тем не менее, потенциальное развитие резистентности к ингибиторам 3CLpro требует будущих исследований комбинированной терапии, которая может помочь снизить скорость ускользания вируса.

Несколько высококонсервативных областей в 3CLpro, которые были идентифицированы в текущем исследовании, по-видимому, играют решающую роль в общей структурной целостности и каталитической функции этого фермента. Таким образом, будущая разработка ингибиторов 3CLpro может использовать эти остатки в качестве точек связывания.

*Важная заметка

биоRxiv В нем публикуются предварительные научные отчеты, которые не прошли рецензирование и поэтому не должны считаться окончательными, определять клиническую практику/поведение, связанное со здоровьем, или рассматриваться как установленная информация.

READ  Черная дыра в нашей галактике — астрономическое открытие века