Zika-Immagine: micrografia elettronica a trasmissione (TEM) del virus Zika. Crediti: Cynthia Goldsmith/Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie-
I virus hanno materiale genetico limitato e poche proteine, quindi tutti i componenti devono lavorare molto duramente. Zika è un ottimo esempio; il virus produce solo 10 proteine. Ora, in uno studio pubblicato sulla rivista PLOS Pathogens, i ricercatori del Sanford Burnham Prebys hanno dimostrato come il virus faccia così tanto con così poco e potrebbero aver identificato una vulnerabilità terapeutica.
Nello studio, il gruppo di ricerca ha dimostrato che l’enzima di Zika NS2B-NS3 è uno strumento multiuso con due funzioni essenziali: scomporre le proteine (una proteasi) e dividere il proprio RNA a doppio filamento in singoli filamenti (un’elicasi).
“Abbiamo scoperto che il complesso enzimatico di Zika cambia funzione in base alla sua forma“, afferma Alexey Terskikh, Ph.D., Professore associato al Sanford Burnham Prebys e autore senior dell’articolo. “Quando è nella conformazione chiusa, agisce come una classica proteasi. Ma poi passa dalla configurazione aperta a quella super-aperta, il che gli consente di afferrare e quindi rilasciare un singolo filamento di RNA e queste funzioni sono essenziali per la replicazione virale“.
Zika è un virus a RNA che fa parte di una famiglia di agenti patogeni mortali chiamati flavivirus, che comprende il infezione da virus del Nilo occidentale, la febbre dengue , la febbre gialla, l’encefalite giapponese e altri. Il virus viene trasmesso dalle zanzare e infetta le cellule uterine e placentari (tra gli altri tipi di cellule) e per questo è particolarmente pericoloso per le donne incinte. Una volta all’interno delle cellule ospiti, il virus le riprogetta per produrre più Zika.
Comprendere Zika a livello molecolare potrebbe avere un enorme vantaggio: scoprire un bersaglio terapeutico. Sarebbe difficile creare farmaci sicuri che colpiscano i domini dell’enzima necessari per le funzioni della proteasi o dell’elicasi, poiché le cellule umane hanno molte molecole simili. Tuttavia, un farmaco che blocchi i cambiamenti conformazionali di Zika potrebbe essere efficace. “Se il complesso non potesse cambiare forma, non potrebbe svolgere le sue funzioni critiche e non verrebbero prodotte nuove particelle Zika”, spiega Alexey Terskikh.
Una macchina efficiente
I ricercatori sanno da tempo che l’enzima essenziale di Zika era composto da due unità: NS2B-NS3pro e NS3hel. NS2B-N53pro svolge funzioni di proteasi, tagliando lunghi polipeptidi in proteine Zika. “Tuttavia, le capacità di NS2B-NS3pro di legare l’RNA a filamento singolo e di contribuire a separare l’RNA a doppio filamento durante la replicazione virale sono state scoperte solo di recente”, aggiunge il ricercatore.
In questo studio, i ricercatori si sono basati su strutture cristalline recenti e hanno utilizzato la biochimica delle proteine, la polarizzazione della fluorescenza e la modellazione computerizzata per analizzare il ciclo di vita di NS2B-NS3pro. NS3pro è collegato a NS3hel (l’elicasi) da un breve linker aminoacidico e diventa attivo quando il complesso è nella sua conformazione chiusa, come una fisarmonica chiusa. Il legame dell’RNA avviene quando il complesso è aperto, mentre il complesso deve passare attraverso la conformazione super aperta per rilasciare l’RNA.
Questi cambiamenti conformazionali sono guidati dalla dinamica dell’attività di NS3hel, che estende il linker e alla fine “strappa” l’NS3pro per rilasciare RNA. NS3pro è ancorato all’interno del reticolo endoplasmatico (ER) della cellula ospite, un organello chiave che aiuta a guidare le proteine cellulari verso le loro destinazioni appropriate, tramite NS2B e, mentre si trova nella conformazione chiusa, taglia il polipeptide Zika, aiutando a generare tutte le proteine virali.
Dall’altro lato del linker, NS3hel separa l’RNA a doppio filamento di Zika e consegna convenientemente un filamento a NS3pro che ha “forchette” caricate positivamente per aggrapparsi all’RNA caricato negativamente.
“C’è un bellissimo solco di cariche positive“, dice Terskikh. “Quindi, l’RNA segue naturalmente quel solco. Quindi il complesso si sposta nella conformazione chiusa e rilascia l’RNA“.
Mentre NS3hel si protende in avanti per afferrare l’RNA a doppio filamento, trascina con sé il complesso; tuttavia, poiché NS3pro è ancorato nella membrana dell’ER e il linker può estendersi solo fino a un certo punto, il complesso scatta nella conformazione super aperta e rilascia RNA. Il complesso poi si rilassa tornando alla conformazione aperta, pronto per un nuovo ciclo.
Nel frattempo, quando NS3pro rileva un polipeptide virale da tagliare, forza il complesso nella conformazione chiusa, diventando una proteasi. Gli autori chiamano questo processo “inversione del verme”, perché afferrare e rilasciare l’RNA a filamento singolo assomiglia ai movimenti del verme, ma all’indietro, con le mascelle (la proteasi) che seguono.
Oltre a fornire un possibile bersaglio terapeutico per Zika, questa comprensione dettagliata potrebbe essere applicata ad altri flavivirus, che condividono maccanismi molecolari simili.
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“Le versioni del complesso NS2B-NS3pro si trovano in tutti i flavivirus“, afferma Terskikh. “Potrebbe potenzialmente costituire una classe completamente nuova di bersagli farmacologici per più virus“.
Fonte:PLOS Pathogens
