Miniproteiner, der kan lancere tostrengede angreb på virale proteiner

Den hurtige fremkomst af nye stammer af SARS-CoV-2-viruset har formindsket beskyttelsen fra COVID-19-vacciner. En ny tilgang udviklet af forskere ved Indian Institute of Science (IISc) giver nu en alternativ mekanisme til at gøre vira som SARS-CoV-2 inaktive.

I en undersøgelse offentliggjort i Nature Chemical Biology , rapporterer forskerne designet af en ny klasse af kunstige peptider eller miniproteiner, der ikke kun kan blokere virusindtrængen i vores celler, men også klumper virioner (viruspartikler) sammen, hvilket reducerer deres evne til at inficere.

En protein-protein-interaktion er ofte som en lås og en nøgle. Denne interaktion kan hæmmes af et laboratoriefremstillet miniprotein, der efterligner, konkurrerer med og forhindrer "nøglen" i at binde sig til "låsen" eller omvendt.

I det nye studie har holdet udnyttet denne tilgang til at designe miniproteiner, der kan binde til og blokere spidsproteinet på overfladen af ​​SARS-CoV-2-virus. Denne binding blev yderligere karakteriseret i vid udstrækning ved kryo-elektronmikroskopi (cryo-EM) og andre biofysiske metoder.

Disse miniproteiner er spiralformede, hårnåleformede peptider, som hver er i stand til at parre sig med en anden af ​​sin art og danne det, der er kendt som en dimer. Hvert dimert "bundt" præsenterer to "ansigter" for at interagere med to målmolekyler. Forskerne antog, at de to ansigter ville binde sig til to separate målproteiner, der låser alle fire i et kompleks og blokerer målenes handling. "Men vi havde brug for principbevis," siger Jayanta Chatterjee, lektor i Molecular Biophysics Unit (MBU), IISc og hovedforfatteren af ​​undersøgelsen. Holdet besluttede at teste deres hypotese ved at bruge et af miniproteinerne kaldet SIH-5 til at målrette interaktionen mellem Spike (S) proteinet af SARS-CoV-2 og ACE2 protein i humane celler.

S-proteinet er en trimer - et kompleks af tre identiske polypeptider. Hvert polypeptid indeholder et receptorbindingsdomæne (RBD), der binder til ACE2-receptoren på værtscelleoverfladen. Denne interaktion letter viral adgang til cellen.

SIH-5-miniproteinet blev designet til at blokere bindingen af ​​RBD til human ACE2. Når en SIH-5 dimer stødte på et S-protein, bandt en af ​​dens ansigter tæt til en af ​​de tre RBD'er på S-proteintrimeren, og den anden side bundet til en RBD fra et andet S-protein. Denne "tværbinding" gjorde det muligt for miniproteinet at blokere begge S-proteiner på samme tid. "Flere monomerer kan blokere deres mål," siger Chatterjee. "[Men] tværbinding af S-proteiner blokerer deres virkning mange gange mere effektivt. Dette kaldes aviditetseffekten."

Under cryo-EM så S-proteinerne målrettet af SIH-5 ud til at være bundet head-to-head. "Vi forventede at se et kompleks af en spidstrimer med SIH-5-peptider. Men jeg så en struktur, der var meget mere forlænget," siger Somnath Dutta, adjunkt ved MBU og en af ​​de tilsvarende forfattere. Dutta og de andre indså, at spidsproteinerne blev tvunget til at danne dimerer og klumpede til komplekser med miniproteinet. Denne type sammenklumpning kan samtidigt inaktivere flere spidsproteiner af den samme virus og endda flere viruspartikler. "Jeg har arbejdet med antistoffer rejst mod spidsproteinet før og observeret dem under en cryo-EM. Men de skabte aldrig dimerer af piggene," siger Dutta.

Miniproteinet viste sig også at være termostabilt - det kan opbevares i flere måneder ved stuetemperatur uden at blive forringet.

Næste skridt var at spørge, om SIH-5 ville være nyttig til at forhindre COVID-19-infektion.

For at besvare dette testede holdet først miniproteinet for toksicitet i pattedyrceller i laboratoriet og fandt, at det var sikkert. Dernæst blev hamstere i forsøg udført i laboratoriet hos Raghavan Varadarajan, professor ved MBU, doseret med miniproteinet, efterfulgt af eksponering for SARS-CoV-2. Disse dyr viste intet vægttab og havde stærkt reduceret viral belastning samt meget mindre celleskade i lungerne sammenlignet med hamstere, der kun var udsat for virussen.

Forskerne mener, at med mindre ændringer og peptidteknologi kan dette laboratoriefremstillede miniprotein også hæmme andre protein-protein-interaktioner. + Udforsk yderligere

Design af peptidhæmmere til mulige COVID-19-behandlinger