Kryo

May 21, 2023

31. Mai 2023 – Forscher haben Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) eingesetzt, um einen entscheidenden Schritt bei der Replikation von SARS-CoV-2 zu visualisieren und Erkenntnisse zu gewinnen, die in die Entwicklung von COVID-19-Medikamenten einfließen könnten.

Zu Beginn der Pandemie identifizierten Entwickler die Verarbeitung des SARS-CoV-2-Polyproteins als potenzielles Ziel für antivirale Medikamente gegen COVID-19. Die enzymatische Spaltung des Polyproteins in einzelne Proteine ​​ist für die Replikation des Virus von entscheidender Bedeutung und bietet daher die Möglichkeit, den Krankheitserreger mithilfe eines Arzneimittels zu zerstören. Paxlovid, das erste antivirale Mittel gegen COVID-19, das in den USA die volle Zulassung erhalten hat, hemmt ein Enzym, das das Protein spaltet.

Das Wissen über das Enzym, auf das Paxlovid abzielt, Mpro, stammt aus Studien, bei denen Röntgenkristallographie verwendet wurde, um die Protease allein und an ein kleines Peptid gebunden darzustellen, das das Polyprotein nachahmen soll. Daher fehlten den Forschern strukturelle Informationen über polyproteingebundenes Mpro.

Aufgrund des Mangels an Strukturinformationen sind sich die Forscher nicht sicher, wie Mpro oder das Polyprotein die Reihenfolge der Spaltung bestimmen. Um diese Wissenslücke zu schließen, verwendete ein Team an der Penn State Kryo-EM, um die Struktur von Mpro isoliert und im Komplex mit einer Region eines Coronavirus-Polyproteins aufzudecken. Die Forscher haben ihre Ergebnisse im Journal of Biological Chemistry veröffentlicht.

Die Kryo-EM-Bilder zeigten, dass Mpro die Spaltungsstelle assoziiert, aber nur sehr wenig Kontakt mit dem Rest des Polyproteins herstellt. Dieser Befund legt nahe, dass das Polyprotein und nicht das Enzym die Reihenfolge der Spaltung bestimmen könnte, wie Manju Narwal, Postdoktorand an der Penn State University und Erstautor der Arbeit, in einer Erklärung sagte.

„Wenn Mpro den Prozess vorantreiben und aus allen offengelegten Möglichkeiten eine bevorzugte Erkennungsstelle auswählen würde, würden wir aus Gründen der Energie und Stabilität erwarten, dass es zusätzliche Kontakte mit dem Polyprotein knüpft“, sagte Narwal. „Da wir diese zusätzlichen Kontakte nicht sehen, vermuten wir, dass stattdessen die Struktur des Polyproteins die Spaltungsreihenfolge vorgibt.“

Die Forscher versuchen immer noch, ein klares Bild des Polyproteins zu erstellen und alle seine Regionen sichtbar zu machen, eine Herausforderung, die sich aus der Anwendung von Kryo-EM auf eine relativ kleine Struktur ergibt, aber die vorhandenen Beweise deuten auf eine mögliche Erklärung dafür hin, wie die Spaltung erfolgt. Beispielsweise kann Mpro zunächst nur auf eine begrenzte Anzahl von Stellen im Polyprotein zugreifen. Wenn ein Protein gespalten wird, erhält das Enzym möglicherweise Zugang zu einer neuen Stelle. Auf diese Weise könnte das Polyprotein die Reihenfolge der Spaltung bestimmen.