Neue Schwachstelle für SARS-CoV-2 aufgedeckt
Elektrostatische Wechselwirkungen verstärken die Bindung des Spike-Proteins an Wirtszellen
Forscher der Northwestern University haben eine neue Schwachstelle im berüchtigten Spike-Protein des neuartigen Coronavirus aufgedeckt - und damit einen relativ einfachen, potenziellen Behandlungspfad beleuchtet.
Ein Computermodell, das die polybasischen Spaltstellen zeigt, die sich auf der Proteinspitze des neuartigen Coronavirus befinden.
Northwestern University
Das Spike-Protein enthält die Bindungsstelle des Virus, die sich an die Wirtszellen heftet und es dem Virus ermöglicht, in den Körper einzudringen und ihn zu infizieren. Mit Hilfe von Simulationen auf Nanometerebene entdeckten die Forscher eine positiv geladene Stelle (die so genannte polybasische Spaltstelle), die 10 Nanometer von der eigentlichen Bindungsstelle auf dem Spike-Protein entfernt liegt. Die positiv geladene Stelle ermöglicht eine starke Bindung zwischen dem Virusprotein und den negativ geladenen menschlichen Zellrezeptoren.
Auf der Grundlage dieser Entdeckung entwarfen die Forscher ein negativ geladenes Molekül, das an die positiv geladene Spaltstelle bindet. Die Blockierung dieser Stelle hemmt die Bindung des Virus an die Wirtszelle.
"Unsere Arbeit deutet darauf hin, dass die Blockierung dieser Spaltstelle als praktikable prophylaktische Behandlung wirken kann, die die Fähigkeit des Virus, Menschen zu infizieren, verringert", sagte Monica Olvera de la Cruz von Northwestern, die die Arbeit leitete. "Unsere Ergebnisse erklären experimentelle Studien, die zeigen, dass Mutationen des SARS-CoV-2-Spike-Proteins die Übertragbarkeit des Virus beeinflusst haben.
Die Forschungsergebnisse wurden letzte Woche online in der Zeitschrift ACS Nano veröffentlicht. Olvera de la Cruz ist Jurist und Taylor-Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwesen an der McCormick School of Engineering im Nordwesten der USA. Baofu Qiao, ein wissenschaftlicher Assistenzprofessor in der Forschungsgruppe von Olvera de la Cruz, ist der Erstautor der Arbeit.
Die polybasischen Spaltstellen von SARS-CoV-2, die aus Aminosäuren bestehen, sind seit Beginn des COVID-19-Ausbruchs schwer fassbar geblieben. Frühere Forschungen weisen jedoch darauf hin, dass diese mysteriösen Stellen für die Virulenz und Übertragung von entscheidender Bedeutung sind. Olvera de la Cruz und Qiao entdeckten, dass die polybasische Spaltstelle 10 Nanometer von menschlichen Zellrezeptoren entfernt liegt - ein Befund, der unerwartete Einblicke ermöglichte.
"Wir hatten nicht erwartet, elektrostatische Wechselwirkungen in 10 Nanometern Entfernung zu sehen", sagte Qiao. "Unter physiologischen Bedingungen treten alle elektrostatischen Wechselwirkungen nicht mehr in Abständen von mehr als 1 Nanometer auf".
"Die Funktion der polybasischen Spaltstelle ist schwer fassbar geblieben", sagte Olvera de la Cruz. "Sie scheint jedoch durch ein Enzym (Furin) gespalten zu werden, das in der Lunge reichlich vorhanden ist, was darauf hindeutet, dass die Spaltstelle für den Eintritt des Virus in menschliche Zellen entscheidend ist.
Mit diesen neuen Informationen planen Olvera de la Cruz und Qiao als nächstes, mit Chemikern und Pharmakologen aus dem Nordwesten zusammenzuarbeiten, um ein neues Medikament zu entwickeln, das sich an das Spike-Protein binden könnte.
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