Immagine: SARS-CoV-2. Public Domain.
I chimici del MIT hanno determinato la struttura molecolare di una proteina presente nel virus SARS-CoV-2. Questa proteina, chiamata proteina dell’involucro E, forma un canale selettivo per i cationi e svolge un ruolo chiave nella capacità del virus di replicarsi e stimolare la risposta infiammatoria della cellula ospite.
“Se i ricercatori potessero escogitare modi per bloccare questo canale, potrebbero essere in grado di ridurre la patogenicità del virus e interferire con la replicazione virale”, afferma Mei Hong, Professore di chimica del MIT. I ricercatori hanno studiato i siti di legame di due farmaci che bloccano il canale, ma questi farmaci si legano solo debolmente, quindi non sarebbero inibitori efficaci della proteina E.
“I nostri risultati potrebbero essere utili per i chimici per progettare piccole molecole alternative che prendono di mira questo canale con alta affinità “, dice Mei Hong, autore senior del nuovo studio.
Venkata Mandala studentessa laureata presso il MIT è l’autore principale dell’articolo che appare in Nature Structural and Molecular Biology. Altri autori includono il postdoc del MIT Matthew McKay, i dottorandi del MIT Alexander Shcherbakov e Aurelio Dregni e Antonios Kolocouris, Professore di chimica farmaceutica all’Università di Atene.
Sfide strutturali
Il laboratorio di Hong è specializzato nello studio delle strutture delle proteine che sono incorporate nelle membrane cellulari, che sono spesso difficili da analizzare a causa del disturbo della membrana lipidica. Utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), ha precedentemente sviluppato diverse tecniche che consentono di ottenere informazioni strutturali accurate a livello atomico su queste proteine incorporate nella membrana.
Quando l’epidemia di SARS-CoV-2 è iniziata all’inizio di quest’anno, Hong e i suoi studenti hanno deciso di concentrare i loro sforzi su una delle nuove proteine del coronavirus. I ricercatori si sono concentrati sulla proteina E in parte perché è simile a una proteina influenzale chiamata canale protonico M2, che avevano studiato in precedenza. Entrambe le proteine virali sono costituite da fasci di diverse proteine elicoidali.
Vedi anche: Le proteine spike di SARS-CoV-2 interrompono la barriera emato-encefalica
“Abbiamo determinato la struttura dell’influenza B M2 dopo circa 1,5 anni di duro lavoro, che ci ha insegnato come clonare, esprimere e purificare da zero una proteina di membrana virale e quali strategie sperimentali NMR adottare per risolvere la struttura di un omooligomerico fascio elicoidale “, dice Hong. “Quell’esperienza si è rivelata il perfetto campo di addestramento per studiare la proteina E di SARS-CoV-2“.
I ricercatori sono stati in grado di clonare e purificare la proteina E in due mesi e mezzo. Per determinarne la struttura, i ricercatori l’hanno incorporata in un doppio strato lipidico, simile a una membrana cellulare, e poi l’hanno analizzata con NMR, che utilizza le proprietà magnetiche dei nuclei atomici per rivelare le strutture delle molecole che contengono quei nuclei. Hanno misurato gli spettri NMR per due mesi, ininterrottamente, sullo strumento NMR a più alto campo del MIT, uno spettrometro da 900 megahertz, nonché su spettrometri da 800 e 600 megahertz.
Hong e i suoi colleghi hanno scoperto che la parte della proteina E incorporata nel doppio strato lipidico, noto come dominio transmembrana, si assembla in un fascio di cinque eliche. Le eliche rimangono in gran parte immobili all’interno di questo fascio, creando un canale stretto che è molto più ristretto del canale M2 dell’influenza.
È interessante notare che la proteina SARS-CoV-2 E non assomiglia affatto alle proteine del canale ionico dell’influenza e dei virus dell’HIV-1. Nei virus influenzali, la proteina M2 equivalente è molto più mobile, mentre nell’HIV-1, la proteina Vpu equivalente ha un’elica transmembrana molto più corta e un poro più ampio. Il modo in cui queste distinte caratteristiche strutturali di E influenzano le sue funzioni nel ciclo di vita del virus SARS-CoV-2 è uno degli argomenti che Hong ei suoi colleghi studieranno in futuro.
I ricercatori hanno anche identificato diversi amminoacidi a un’estremità del canale che possono attrarre ioni caricati positivamente come il calcio nel canale. Credono che la struttura che riportano in questo documento sia lo stato chiuso del canale e ora sperano di determinare la struttura dello stato aperto, che dovrebbe far luce su come il canale si apre e si chiude.
Ricerca fondamentale
I ricercatori hanno anche scoperto che due farmaci – l’Amantadina, usata per trattare l’influenza e l’Esametilene Amiloride, usata per trattare l’ipertensione – possono bloccare l’ingresso del canale E. “Tuttavia, questi farmaci si legano solo debolmente alla proteina E. Se si potessero sviluppare inibitori più potenti, potrebbero essere potenziali farmaci candidati per il trattamento di Covid-19″, afferma Hong. “Lo studio dimostra che la ricerca scientifica di base può dare importanti contributi alla risoluzione dei problemi medici”, aggiunge.
“Anche quando la pandemia sarà finita, è importante che la nostra società riconosca e ricordi che la ricerca scientifica fondamentale sulle proteine virali o sulle proteine batteriche deve continuare con vigore, in modo da poter prevenire le pandemie”, dice Hong. “Il costo umano e il costo economico di non farlo sono semplicemente troppo alti”.
