(SARS-CoV-2- Immagine Credit Public Domain).
Un team di ricercatori sull’HIV, biologi e biofisici che si sono uniti per supportare la ricerca su SARS-CoV-2 ha determinato la struttura atomica della proteina ORF8 del coronavirus pensata per aiutare il patogeno a eludere e smorzare la risposta delle cellule immunitarie umane. La mappa strutturale – che è ora pubblicata sulla rivista PNAS, ma è ad accesso aperto per la comunità scientifica da agosto – ha gettato le basi per nuovi trattamenti antivirali su misura per SARS-CoV-2 e ha consentito ulteriori indagini su come il il virus appena emerso devasta il corpo umano.
“Utilizzando la cristallografia a raggi X, abbiamo costruito un modello atomico di ORF8 che ha evidenziato due regioni uniche: una che è presente solo in SARS-CoV-2 e nel suo immediato antenato pipistrello e una che è assente da qualsiasi altro coronavirus“, ha detto l’autore principale dello studio James Hurley, un Professore della UC Berkeley ed ex scienziato del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab). “Queste regioni stabilizzano la proteina – che è una proteina secreta, non legata alla membrana come le proteine spike caratteristiche del virus – e creano nuove interfacce intermolecolari. Noi, e altri nella comunità di ricerca, crediamo che queste interfacce siano coinvolte in reazioni che in qualche modo provocano SARS-CoV-2 più patogeno dei ceppi da cui si è evoluto “.
Spiegano gli autori:
“La struttura della proteina ORF8 di SARS-CoV-2 rivela due nuove interfacce intermolecolari stratificate su una piega ORF7. Una è mediata da un legame disolfuro, l’altra non è covalente ed entrambi sono nuove rispetto a SARS-CoV. L’analisi strutturale stabilisce un quadro molecolare per comprendere la rapida evoluzione di ORF8, i suoi contributi alla patogenesi COVID-19 e il potenziale per la sua neutralizzazione da parte degli anticorpi. La base molecolare per la gravità e la rapida diffusione della malattia COVID-19 causata da SARS-CoV-2 è in gran parte sconosciuta. ORF8 è una proteina accessoria in rapida evoluzione che è stata proposta per interferire con le risposte immunitarie.Insieme, la presenza di queste interfacce mostra come SARS-CoV-2 attraverso ORF8 può formare assemblaggi unici su larga scala non possibili per SARS-CoV, potenzialmente mediando attività di soppressione immunitaria.
Biologia strutturale sotto i riflettori
La gravità dell’attuale pandemia COVID-19 causata da SARS-CoV-2 rispetto a epidemie passate di sindrome respiratoria mediorientale, SARS e altri betacoronavirus negli esseri umani, solleva la questione della sua base molecolare. La proteina accessoria ORF8 è una delle proteine betacoronavirus a più rapida evoluzione (1⇓⇓⇓⇓⇓ – 7). Sebbene l’espressione di ORF8 non sia strettamente essenziale per la replicazione di SARS-CoV e SARS-CoV-2, una delezione di 29 nucleotidi (Δ29) che si è verificata precocemente nella trasmissione da uomo a uomo di SARS-CoV, dividendo ORF8 in ORF8a e ORF8b, è correlata con malattia più lieve. È stato anche riscontrato che una delezione di 382 nucleotidi (Δ382) in SARS-CoV-2 (9, 10) è correlata a una malattia più lieve e a una minore incidenza di ipossia. Diverse funzioni sono state proposte per ORF8 di SARS-CoV-2: interrompe la segnalazione IFN-I quando sovraespresso in modo esogeno nelle cellule (15). È stato dimostrato che ORF8 di SARS-CoV-2, ma non ORF8 o ORF8a / ORF8b di SARS-CoV, down-regola MHC-I nelle cellule. Queste osservazioni suggeriscono che la relazione tra struttura ORF8, funzione e variazione di sequenza può essere fondamentale per comprendere l’emergere di SARS-CoV-2 come patogeno mortale per l’uomo. Tuttavia, non solo non esiste una struttura tridimensionale di alcuna proteina ORF8 di alcun coronavirus, ma non esistono omologhi di struttura nota con identità di sequenza sufficiente per un allineamento affidabile. SARS e SARS-CoV-2 ORF7a sono i modelli più strettamente correlati di struttura nota, ma il loro nucleo è circa la metà delle dimensioni di ORF8 e la loro identità di sequenza primaria è trascurabile. Pertanto, abbiamo determinato la struttura cristallina di SARS-CoV-2 ORF8. La struttura conferma l’attesa piega simile alle Ig e la somiglianza complessiva della piega centrale con SARS-CoV-2 ORF7a. La struttura rivela due nuove interfacce dimeri per SARS-CoV-2 ORF8 uniche rispetto a tutti i pipistrelli tranne i suoi antenati più recenti. Insieme, i nostri risultati hanno posto le basi per chiarire aspetti essenziali della biologia ORF8 da sfruttare per lo sviluppo di nuove terapie”.
La generazione di mappe della struttura proteica è sempre laboriosa, poiché gli scienziati devono manipolare le molecole in una forma cristallina pura e quindi acquisire molte, molte immagini di diffrazione di raggi X dei cristalli. Queste immagini, prodotte come fasci di raggi X che rimbalzano sugli atomi nei cristalli e passano attraverso gli spazi vuoti nel reticolo, generando uno schema di punti, vengono combinate e analizzate tramite uno speciale software per determinare la posizione di ogni singolo atomo. Questo meticoloso processo può richiedere anni, a seconda della complessità della proteina.
Per ORF8, il team ha dovuto cominciare da zero. La sequenza di amminoacidi di ORF8 è così diversa da qualsiasi altra proteina che gli scienziati non avevano alcun riferimento per la sua forma complessiva, ed è la forma 3D di una proteina che determina la sua funzione.
Hurley e i suoi colleghi della UC Berkeley, esperti nell’analisi strutturale delle proteine dell’HIV, hanno lavorato con Marc Allaire, un biofisico ed esperto di cristallografia presso il Berkeley Center for Structural Biology dell’Advanced Light Source (ALS) del Berkeley Lab. Insieme, il team ha lavorato in overdrive per sei mesi: il laboratorio di Hurley ha generato campioni di cristalli e li ha passati ad Allaire, che avrebbe usato le linee di raggi X dell’ALS per acquisire le immagini di diffrazione. Ci sono volute centinaia di cristalli con più versioni della proteina e migliaia di immagini di diffrazione analizzate da speciali algoritmi informatici per mettere insieme la struttura di ORF8.
Vedi anche:SARS-CoV-2: preoccupazione per la mutazione inglese
“I coronavirus mutano in modo diverso rispetto a virus come l’influenza o l’HIV, che accumulano rapidamente molti piccoli cambiamenti attraverso un processo chiamato ipermutazione. Nei coronavirus, grossi pezzi di acidi nucleici a volte si muovono attraverso la ricombinazione“, ha spiegato Hurley. Quando ciò accade, possono apparire nuove grandi regioni di proteine. Le analisi genetiche condotte molto presto nella pandemia di SARS-CoV-2 hanno rivelato che questo nuovo ceppo si era evoluto da un coronavirus che infetta i pipistrelli e che si era verificata una significativa mutazione di ricombinazione nell’area del genoma che codifica per una proteina, chiamata ORF7, trovata in molti coronavirus. La nuova forma di ORF7, denominata ORF8, ha rapidamente guadagnato l’attenzione di virologi ed epidemiologi perché eventi di divergenza genetica significativa come quelli osservati per ORF8 sono spesso la causa della virulenza di un nuovo ceppo.
“Fondamentalmente, questa mutazione ha causato il raddoppio delle dimensioni della proteina e il materiale che è raddoppiato non era correlato a nessuna piega nota“, ha aggiunto Hurley. “C’è un nucleo di circa la metà che è correlato a un tipo di piega noto in una struttura risolta dai precedenti coronavirus, ma l’altra metà era completamente nuova“.
Rispondere alla chiamata
Come tanti scienziati che lavorano alla ricerca COVID-19, Hurley e i suoi colleghi hanno scelto di condividere le loro scoperte prima che i dati potessero essere pubblicati in una rivista peer-reviewed, consentendo ad altri di iniziare studi di follow-up di impatto, mesi prima rispetto al processo di pubblicazione tradizionale.
Il team sapeva dalla revisione dell’analisi genomica SARS-CoV-2 pubblicata a gennaio che ORF8 era un pezzo importante del puzzle della pandemia (allora molto più nebuloso), quindi i ricercatori si sono messi al lavoro.
Da allora gli autori sono passati ad altri progetti, soddisfatti di aver posto le basi per altri gruppi per studiare ORF8 in modo più dettagliato. (Attualmente, sono in corso diverse indagini incentrate su come ORF8 interagisce con i recettori cellulari e su come interagisce con gli anticorpi, poiché gli individui infetti sembrano produrre anticorpi che si legano a ORF8 oltre agli anticorpi specifici per le proteine di superficie del virus).
Fonte:PNAS
