Situs pengikatan cadangan untuk antibodi dalam varian virus COVID-19 – implikasi utama untuk vaksin di masa mendatang

Tim peneliti Penn State menemukan bahwa protein SARS-CoV-2 N bertahan di semua pandemi virus korona terkait SARS (kiri atas: SARS-CoV-2, musang, SARS-CoV, MERS). Protein tersebut berbeda dengan virus corona lainnya, seperti yang menyebabkan flu biasa (bawah, kiri: OC43, HKU1, NL63 dan 229E). Kredit: Kelly Lab / Penn State

Pengungkapan struktural dapat memiliki konsekuensi sebagai tujuan terapeutik untuk semua SARS-CoV-2 pilihan.

Protein kecil SARS-CoV-2, virus korona yang memproduksinya COVID-19, bisa memiliki implikasi besar untuk perawatan di masa depan, menurut tim peneliti dari Penn State.

Dengan menggunakan serangkaian pendekatan baru, para peneliti menemukan struktur lengkap pertama dari protein nukleokapsid (N) dan menemukan bagaimana antibodi dari pasien dengan COVID-19 berinteraksi dengan protein ini. Mereka juga menemukan bahwa strukturnya tampak serupa di banyak virus korona, termasuk varian terbaru COVID-19 – menjadikannya target ideal untuk terapi dan vaksin tingkat lanjut. Mereka melaporkan hasilnya kepada Skala nano.

“Kami telah menemukan fitur baru untuk struktur protein N yang mungkin penting dalam pengujian antibodi dan efek jangka panjang dari semua virus pandemi terkait SARS,” kata Deb Kelly, profesor teknik biomedis (BME), ketua Huck. biofisika molekuler dan direktur Pusat Onkologi Struktural Penn State, yang memimpin penelitian ini. “Karena protein N tampaknya disimpan dalam varian SARS-CoV-2 dan SARS-CoV-1, agen terapeutik yang dirancang untuk menargetkan protein N dapat membantu menghilangkan gejala yang lebih parah atau terus-menerus yang dialami beberapa orang.”

Sebagian besar tes diagnostik dan vaksin yang tersedia untuk COVID-19 dirancang berdasarkan protein SARS-CoV-2 yang lebih besar – protein Spike – tempat virus menempel pada sel sehat untuk memulai proses invasi.

Vaksin Pfizer / BioNTech dan Moderna dirancang untuk membantu penerima menghasilkan antibodi yang melindungi terhadap protein Spike. Namun, kata Kelly, protein Spike dapat dengan mudah bermutasi, menyebabkan varian muncul di Inggris, Afrika Selatan, Brasil, dan Amerika Serikat.

Berbeda dengan protein Spike luar, protein N diselimuti virus yang dilindungi dari tekanan lingkungan, yang menyebabkan perubahan pada protein Spike. Namun, protein N mengapung dengan bebas di dalam darah setelah dilepaskan dari sel yang terinfeksi. Protein bebas roaming memunculkan respons imun yang kuat, yang mengarah ke produksi antibodi pelindung. Kebanyakan alat tes antibodi mencari protein N untuk menentukan apakah seseorang sebelumnya telah terinfeksi virus – tidak seperti tes diagnostik yang mencari protein Spike untuk menentukan apakah seseorang saat ini terinfeksi.

“Semua orang melihat protein Spike, dan lebih sedikit penelitian yang dilakukan pada protein N,” kata Michael Casasanta, penulis pertama dan rekan postdoctoral di lab Kelly. “Itu hanya menjadi perhatian kami saat itu. Kami melihat peluang – kami memiliki ide dan sumber daya untuk melihat seperti apa protein N itu. “

Awalnya, para peneliti mempelajari urutan protein N dari manusia, serta berbagai hewan yang diyakini berpotensi menjadi sumber pandemi, seperti kelelawar, musang, dan trenggiling. Mereka semua terlihat mirip, tetapi sangat berbeda, menurut Casasanta.

“Urutan dapat memprediksi struktur masing-masing protein N ini, tetapi Anda tidak bisa mendapatkan semua informasi dari prediksi – Anda harus melihat struktur 3D yang sebenarnya,” kata Casasanta. “Kami telah menggabungkan teknologi untuk melihat sesuatu dengan cara baru.”

Para peneliti menggunakan mikroskop elektron untuk menggambarkan protein N dan situs pada protein N tempat antibodi mengikat menggunakan serum dari pasien dengan COVID-19, dan mengembangkan model komputer 3D dari struktur tersebut. Mereka menemukan bahwa tempat pengikatan antibodi tetap sama di setiap sampel, menjadikannya target potensial untuk pengobatan manusia dengan salah satu varian COVID-19 yang diketahui.

“Jika agen terapeutik dapat dirancang untuk menargetkan situs pengikatan protein N, hal itu dapat membantu mengurangi peradangan dan respons kekebalan persisten lainnya terhadap COVID-19, terutama pada pembawa panjang COVID,” kata Kelly, merujuk pada manusia yang mengalami gejala penyakit ini. COVID-19 selama enam minggu atau lebih.

Tim tersebut memperoleh protein N yang dimurnikan, yang berarti bahwa sampel tersebut hanya mengandung protein N, dari RayBiotech Life, dan menerapkannya pada microchip yang dikembangkan dalam kemitraan dengan Protochips Inc. Mikrochip terbuat dari silikon nitrida, tidak seperti karbon berpori tradisional, dan mengandung sumur tipis dengan lapisan khusus yang menarik protein N ke permukaannya. Setelah disiapkan, sampel dibekukan dengan cepat dan diperiksa dengan mikroskop cryo-electron.

Kelly memuji kombinasi unik Penn State dari tim microchip, sampel es yang lebih tipis, dan mikroskop elektron canggih yang dilengkapi dengan detektor canggih yang disesuaikan oleh Direct Electron untuk memberikan visualisasi resolusi tertinggi dari molekul SARS berbobot rendah. -CoV- 2 sejauh ini.

“Teknologi gabungan telah menghasilkan penemuan yang unik,” kata Kelly. “Dulu rasanya seperti mencoba melihat sesuatu yang membeku di tengah danau. Sekarang kita melihatnya melalui es batu. Kita dapat melihat objek yang lebih kecil dengan lebih banyak detail dan yang lebih baru ketepatan. “

Referensi: “Penentuan struktur mikrochip protein dengan berat molekul rendah menggunakan mikroskop cryo-electron” oleh Michael A. Casasanta, GM Jonaid, Liam Kaylor, William Y. Luqiu, Maria J. Solares, Mariah L. Schroen, William J. Dearnaley , Jarad Wilson, Madeline J. Dukes dan Deborah F. Kelly, 1 April 2021, Skala nano.
DOI: 10.1039 / D1NR00388G

Casasanta dan Kelly juga berafiliasi dengan Penn State’s Material Research Institute (MRI). Rekan penulis termasuk GM Jonaid, BME, dan program bioinformatika dan genomik dalam program master di Henn Institutes of Life Sciences di Pennsylvania; Liam Kaylor dan Maria J. Solares, BME dan program master dalam ilmu kehidupan molekuler, seluler, dan integratif di Hack Institutes of Life Sciences; William J. Luciu, MRI dan Departemen Teknik Elektro dan Komputer, Universitas Duke; Maria Schroen, NMR; William J. Dearnaley, BME dan MRI; Jared Wilson, RayBiotech Life; dan Madeline J. Dukes, Protochips Inc.

Institut Kanker Nasional dari Institut Kesehatan Nasional dan Pusat Onkologi Struktural di Institut Ilmu Kehidupan Huck di Pennsylvania mendanai pekerjaan ini.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.