Wie das SARS-CoV-2-Virus seine Kugelform erhält

Seit Jahrhunderten lösen Coronaviren Gesundheitskrisen und wirtschaftliche Herausforderungen aus, wobei SARS-CoV-2, das Coronavirus, das COVID-19 verbreitet, ein aktuelles Beispiel ist. Ein kleines Protein in SARS-CoV-2, das Membranprotein oder M-Protein, kommt am häufigsten vor und spielt eine entscheidende Rolle dabei, wie das Virus seine sphärische Struktur erhält. Dennoch sind die Eigenschaften dieses Proteins nicht vollständig verstanden.

Ein Forschungsteam unter der Leitung eines Physikers an der University of California, Riverside, hat eine neue Methode zur Herstellung großer Mengen M-Protein entwickelt und die physikalischen Wechselwirkungen des Proteins mit der Membran – der Hülle oder „Haut“ – des M-Proteins charakterisiert Virus. Die theoretischen Modellierungen und Simulationen des Teams zeigen, wie diese Wechselwirkungen wahrscheinlich dazu beitragen, dass sich das Virus selbst zusammensetzt.

Die Forscher berichten in ihrer Arbeit mit dem Titel „Synthesis, Insertion, and Characterization of SARS-CoV-2 Membrane Protein Within Lipid Bilayers“: veröffentlicht In Wissenschaftliche Fortschritte dass, wenn das M-Protein, das an das Spike-Protein von SARS-CoV-2 angrenzt, in der Membran stecken bleibt, es die Membran dazu bringt, sich zu krümmen, indem es die Membrandicke lokal verringert. Diese Krümmungsinduktion führt zur Kugelform von SARS-CoV-2.

„Wenn wir besser verstehen können, wie sich das Virus zusammensetzt, können wir im Prinzip Wege finden, diesen Prozess zu stoppen und die Ausbreitung des Virus zu kontrollieren“, sagte Thomas E. Kuhlman, Assistenzprofessor für Physik und Astronomie leitete das Forschungsprojekt. „M-Protein hat sich bisher jeglicher Charakterisierung widersetzt, weil es so schwer herzustellen ist.“

Kuhlman und seine Kollegen überwanden diese Schwierigkeit, indem sie Escherichia coli-Bakterien als „Fabrik“ nutzten, um das M-Protein in großen Mengen herzustellen. Kuhlman erklärte, dass E. coli zwar große Mengen an M-Proteinen herstellen kann, die Proteine ​​jedoch dazu neigen, in den E. coli-Zellen zu verklumpen und diese schließlich abzutöten. Um diese Herausforderung zu umgehen, veranlassten die Forscher die E. coli-Zellen, zusammen mit dem M-Protein das Protein Small Ubiquitin-Related Modifier (SUMO) zu produzieren.

„Wenn E. coli in unseren Experimenten M-Protein produziert, produziert es gleichzeitig SUMO“, sagte Kuhlman. „Das M-Protein verschmilzt mit dem SUMO-Protein, wodurch verhindert wird, dass die M-Proteine ​​aneinander haften. Das SUMO-Protein lässt sich relativ einfach über ein anderes Protein entfernen, das es einfach abschneidet. Das M-Protein wird somit gereinigt und vom SUMO getrennt.“

Die Arbeit liefert grundlegende Einblicke in die Mechanismen, die die Virusassemblierung von SARS-CoV-2 steuern.

„Da M-Proteine ​​auch ein integraler Bestandteil anderer Coronaviren sind, liefern unsere Ergebnisse nützliche Erkenntnisse, die unser Verständnis verbessern und möglicherweise Eingriffe in die Virusbildung nicht nur bei SARS-CoV-2, sondern auch bei anderen pathogenen Coronaviren ermöglichen können“, sagte Kuhlman.

Als nächstes planen die Forscher, die Wechselwirkungen des M-Proteins mit anderen SARS-CoV-2-Proteinen zu untersuchen, um diese Wechselwirkungen mit Medikamenten möglicherweise zu stören.

Kuhlman wurde bei der Forschung von den UCR-Physikerkollegen Roya Zandi und Umar Mohideen unterstützt. Kuhlman wurde mit der Herstellung der M-Proteine ​​beauftragt. Mohideen, ein angesehener Professor für Physik und Astronomie, nutzte Rasterkraftmikroskopie und kryogene Elektronenmikroskopie, um zu messen, wie das M-Protein mit der Membran interagiert.

Zandi, Experte für Virusassemblierung und Professor für Physik und Astronomie, entwickelte Simulationen darüber, wie die M-Proteine ​​untereinander und mit der Membran interagieren.