Die National Deuteration Facility der Australian Nuclear Science and Technology Organization hat deuteriertes Cholesterin für die internationale Forschung bereitgestellt, um besser zu verstehen, wie das Spike-Protein des COVID-Virus, SARS-Co-V-2, menschliche Zellen durch einen Membranfusionsmechanismus infiziert.
In deuterierten Verbindungen wurde Wasserstoff durch Deuterium ersetzt. Deuteriertes Cholesterin kann als molekulare Sonde verwendet werden, um die Stapelreihenfolge von Membranschichten zu bestimmen und um zu bestimmen, wie Cholesterin auf der Membran verteilt ist.
Forscher des Institut Laue-Langevin, der University of Cambridge und des Italian National Research Council haben mithilfe eines Modells der Membraninteraktionen aufgeklärt, wie Fusionspeptide, kurze Proteinsequenzen, eine Infektion mit COVID auslösen.
Die Peptide wirken als Brücke zwischen der Wirtsmembran und der viralen Hülle, um die Fusion zu fördern.
Ein kritisches Stadium der Infektion tritt auf, wenn die Spike-Proteinhülle des SARS-CoV-2-Coronavirus mit der Membran der Wirtszelle verschmilzt, um einen Eintrittsweg für das Virus zu schaffen.
Die Forschung lieferte in einer Veröffentlichung ein detailliertes Bild der Rolle spezifischer SARS-Co-V-2-Spike-Fusionspeptide im Fusionsprozess Das Journal der American Chemical Society. Aufgrund ihrer Bedeutung wurde die Forschung auf dem Titelblatt der Zeitschrift abgebildet.
Neben der Klärung zweier möglicher molekularer Mechanismen stellten sie fest, dass sowohl Calcium als auch Cholesterin die Wechselwirkungen zwischen den Peptiden und der Wirtszellmembran beeinflussten.
Das Forscherteam verwendete eine Reihe von Neutronenanalysetechniken, darunter Neutronenreflektometrie und Kleinwinkel-Neutronenstreuung, um zwischen Schichten der Virus- und Wirtsmembranen unterscheiden zu können, und andere Neutronentechniken, um dynamische Veränderungen an den Membranen zu verstehen.
Cholesterin war eine Schlüsselkomponente des Zellmembranmodells und in seiner Funktion in der Studie von entscheidender Bedeutung.
„Die deuterierte Cholesterinschicht lieferte einen Kontrast, der von den anderen Schichtkomponenten unterschieden werden konnte“, erklärte Dr. Robert Russell.
Sie fanden heraus, dass das Vorhandensein oder Fehlen von Kalzium die Ausrichtung des Cholesterinmoleküls beeinflussen kann, wodurch es dicker oder dünner wird.
„Die National Deuteration Facility erlangt einen internationalen Ruf für die Bereitstellung von hochdeuterierten Lipiden wie Cholesterin für die biomedizinische Forschung. Wir haben mehrere internationale Kooperationen zur Unterstützung der COVID-Forschung“, sagte Dr. Tamim Darwish.
„Unsere Anlage kann relativ große Mengen produzieren, die im Allgemeinen in Neutronenexperimenten benötigt werden, und wir halten sie auf Lager.
„Obwohl die mit dieser Forschung verbundene Neutronenstreuung am Institut Laue-Langevin in Frankreich durchgeführt wurde, entscheiden sich viele unserer Benutzer dafür, zu ANSTO zu kommen, um unsere Neutronenstreuungsinstrumente zu verwenden, weil sie leicht auf die maßgeschneiderten deuterierten Verbindungen aus der NDF zugreifen können.“
Die National Deuteration Facility von ANSTO ist Australiens einzige Einrichtung zur molekularen Deuterierung, die teilweise von der National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS) finanziert wird – einer Initiative der australischen Regierung.
Andreas Santamaria et al, Auffallend unterschiedliche Rollen von SARS-CoV-2-Fusionspeptiden durch Neutronenstreuung aufgedeckt, Zeitschrift der American Chemical Society (2022). DOI: 10.1021/jacs.1c09856