Рентгеновское излучение раскрывает, как вирус COVID-19 скрывает свои следы, уклоняясь от иммунной системы

Новое исследование изучает вирусный белок NendoU, ответственный за тактику уклонения вируса SARS-CoV-2 от врожденного иммунитета. Структура этого ключевого белка детально исследована с помощью метода серийной фемтосекундной рентгеновской кристаллографии. Работа опубликована в журнале Structure.

Впервые белок NendoU был снимлен с высоким разрешением в 2.5 ангстрема при комнатной температуре. Полученная структура с беспрецедентной четкостью раскрывает детали гибкости, динамики и другие особенности белка. Такая структурная информация критически важна для разработки новых лекарств, нацеленных на SARS-CoV-2.

Как вирус скрывается?

Когда SARS-CoV-2 реплицируется внутри клеток, растущая последовательность его РНК образует на конце так называемый poly-U хвост. Клетки человека оснащены сенсорами, настроенными на обнаружение вторгающихся РНК-вирусов, так как poly-U хвост выдает их как чужеродных захватчиков. Исследования показали, что SARS-CoV-2 использует свой белок NendoU, чтобы связаться с poly-U хвостом, а затем отрезать его. Это делает вирус менее заметным для иммунной системы.

Новый метод визуализации

Для получения атомарного разрешения при комнатной температуре потребовалось специализированное оборудование — рентгеновский лазер на свободных электронах (XFEL). В данном исследовании использовался LCLS (Linac Coherent Light Source) в SLAC. Метод серийной фемтосекундной кристаллографии включает кристаллизацию белка в виде миллиардов микрокристаллов, которые затем облучаются чрезвычайно короткими импульсами мощного рентгеновского излучения (десятки фемтосекунд). Эти ультракороткие импульсы "обгоняют" радиационное повреждение кристаллов, позволяя собирать данные при комнатной температуре в условиях, близких к физиологическим.

Ключевые открытия

• Структура NendoU при комнатной температуре оказалась более гибкой по сравнению с ранее полученными криогенными структурами (методами cryo-EM или криокристаллографии).
• Белок образует гексамер (шесть идентичных белков, связанных вместе).
• Одна половина гексамера более гибкая, а другая — более жесткая.

Механизм действия

Структурные детали, выявленные с помощью XFEL, показывают, что NendoU действует в два этапа:

1. Более жесткая половина белка связывается с активным сайтом субстрата (в данном исследовании использовалась молекула цитрата, находящаяся в сайте связывания РНК).
2. После того как жесткая половина выполняет задачу разрезания цепи РНК, она высвобождает ее. Затем эта жесткая половина становится гибкой, в то время как гибкая половина переключается в жесткое состояние, и цикл повторяется.

Это движение NendoU, напоминающее ножницы, помогает стереть характерный сигнал присутствия вируса в клетке, отключая иммунный ответ.

Значение для разработки лекарств

Снимки этих движений, полученные с помощью XFEL, предоставляют детальную карту для будущего дизайна лекарств. Препараты, нацеленные на конформационные изменения белка, такие как описанные в исследовании, были бы особенно привлекательны, так как к ним с меньшей вероятностью разовьется лекарственная устойчивость.