(SARS-CoV-2-Immagine: l’RNA (giallo) del virus SARS-CoV-2 forma una struttura (multicolore, in basso a destra) che porta a uno spostamento nel frame di lettura del ribosoma (marrone). In questo modo, l’RNA virale controlla i livelli di produzione delle proteine virali).
I virus come SARS-CoV-2 richiedono le risorse di una cellula infetta per replicarsi e quindi infettare ulteriori cellule e trasferirsi ad altri individui. Un passo essenziale nel ciclo di vita virale è la produzione di nuove proteine virali sulla base delle istruzioni nel genoma dell’RNA virale. Seguendo questi piani di costruzione, la macchina di sintesi proteica della cellula, chiamata ribosoma, produce le proteine virali.
In assenza di infezione virale, il ribosoma si muove lungo l’RNA in passaggi rigorosamente definiti, leggendo tre lettere di RNA alla volta. Questo codice di tre lettere definisce il corrispondente amminoacido che viene attaccato alla proteina in crescita. Non accade quasi mai che il ribosoma faccia scivolare una o due lettere RNA avanti o indietro invece di seguire i normali passaggi di tre lettere. Quando si verifica un tale slittamento del ribosoma, viene chiamato “spostamento di quadro” e porta a una lettura errata del codice genetico.
Lo spostamento dei fotogrammi non avviene quasi mai nelle nostre cellule. Porterebbe a proteine cellulari disfunzionali; tuttavia, alcuni virus, come i coronavirus e l’HIV, dipendono da un evento di frameshifting per regolare i livelli delle proteine virali. Ad esempio, SARS-CoV-2 – il virus che causa COVID-19 – dipende in modo critico dal frameshifting promosso da una piega insolita e intricata nell’RNA virale.
Vedi anche:I geni SARS-CoV-2 si integrano nel genoma umano?
Pertanto, poiché il frameshifting è essenziale per il virus, ma non si verifica quasi mai nel nostro organismo, qualsiasi composto che inibisce il frameshifting prendendo di mira questa piega dell’RNA potrebbe essere utile come farmaco per combattere le infezioni. Tuttavia, finora, non ci sono informazioni su come l’RNA virale interagisce con il ribosoma per promuovere il frameshifting, che sarebbe importante per lo sviluppo di un farmaco.
Un team di ricercatori dell’ETH di Zurigo e delle Università di Berna, Losanna (in Svizzera) e Cork (in Irlanda) è riuscito per la prima volta a rivelare le interazioni tra il genoma virale e il ribosoma durante il frameshifting. I loro risultati sono stati appena pubblicati sulla rivista Science.
Utilizzando sofisticati esperimenti biochimici, i ricercatori sono riusciti a catturare il ribosoma nel sito di spostamento del frame del genoma dell’RNA SARS-CoV-2. Potrebbero quindi studiare questo complesso molecolare utilizzando la microscopia crioelettronica.
I risultati hanno fornito una descrizione molecolare del processo con dettagli senza precedenti e hanno rivelato una serie di nuove caratteristiche impreviste. L’evento di frameshifting fa sì che la macchina ribosomiale solitamente dinamica adotti una conformazione tesa, che ha contribuito a fornire una delle immagini più nitide e accurate di un ribosoma di mammifero, visualizzata nel processo di frameshifting durante la lettura delle informazioni dal genoma virale. I ricercatori hanno quindi proseguito le loro scoperte strutturali con esperimenti in vitro e in vivo, inclusa l’esplorazione di come questo processo possa essere mirato con composti chimici. Nenad Ban, Professore di biologia molecolare all’ETH di Zurigo e coautore dello studio, sottolinea che “I risultati presentati qui su SARS-CoV-2 saranno utili anche per comprendere i meccanismi di frameshifting in altri virus a RNA”.
Possibile obiettivo per lo sviluppo di farmaci antivirali
La dipendenza di SARS-CoV-2 da questo evento di frameshifting ribosomiale potrebbe essere utilizzata per sviluppare farmaci antivirali. Studi precedenti hanno riportato che diversi composti sono in grado di inibire il frameshifting nei coronavirus, tuttavia, questo studio ora fornisce informazioni sugli effetti di questi composti sui livelli di SARS-CoV-2 nelle cellule infette.
Nei loro esperimenti, entrambi i composti hanno ridotto la replicazione virale da tre a quattro ordini di grandezza e non erano tossici per le cellule trattate. Tuttavia, uno dei due ha ridotto la replicazione virale inibendo lo spostamento del frame ribosomiale, mentre l’altro potrebbe agire attraverso un meccanismo diverso.
Sebbene questi composti non siano attualmente abbastanza potenti da essere usati come farmaci terapeutici, questo studio dimostra che l’inibizione del frameshifting ribosomiale ha un profondo effetto sulla replicazione virale e apre la strada allo sviluppo di composti migliori. A causa del fatto che tutti i coronavirus dipendono da questo meccanismo di frameshifting conservato, un farmaco che prende di mira questo processo può anche essere utile per trattare le infezioni da coronavirus più lontani. “Il nostro lavoro futuro si concentrerà sulla comprensione dei meccanismi di difesa cellulare che sopprimono il frameshifting virale, in quanto ciò potrebbe essere utile per lo sviluppo di piccoli composti con attività simile”, afferma Ban.
Fonte:Science
