El papel de la protección de ARN del SARS-CoV-2 en la evasión de la inmunidad


El patógeno del síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2) utiliza con éxito múltiples mecanismos de evasión inmunitaria para lograr la infección dentro de su huésped. Un nuevo e intrigante estudio, que se publicó en el bioRxiv* servidor de preimpresión, describe uno de esos procesos, que puede ayudar a desarrollar medicamentos para contrarrestar el virus de manera más eficaz.

Estudio: Un ión metálico orienta el ARNm para asegurar una metilación precisa de 2'-O ribosil del primer nucleótido del genoma del SARS-CoV-2.  Haber de imagen: vchal / Shutterstock

El remate de ARN es un término que se usa para denotar la modificación enzimática del extremo 5 ‘del genoma viral de ARN. Esto es crucial para la síntesis eficiente de proteínas virales, la prevención de la degradación del ARN viral por las ARNasas del huésped y la evasión inmunitaria.

En coronavirus, este proceso termina con el ensamblaje de la proteína no estructural 16 (nsp16) y su estimulador no catalítico nsp10 en el extremo 5 ‘de la nueva cadena de ARN en crecimiento para realizar la metilación dependiente de S-adenosil-L-metionina (SAM) de el 2’-OH en el primer nucleótido (N1), para modificar la capa de ARN.

Este paso convierte el ARN de Cap-0 a Cap-1. Como resultado, se suprime la respuesta inmune innata al virus.

El estudio actual utiliza un método de reemplazo molecular para explorar la estructura del complejo heterodímero nsp16 / nsp10 con Cap-1. El Cap-1 incluye N1, el N2 adyacente y un subproducto de metilación, SAH (S-adenosil-L-homocisteína).

Movimiento respiratorio de la enzima

Los investigadores encontraron que el complejo nsp16 / nsp10 mostró expansión en comparación con la enzima unida al sustrato. Mientras que el nsp16 unido al sustrato Cap-0 mostró la estructura canónica de una hoja β central con dos α-hélices en un lado y tres en el otro, en el complejo nsp16 / nsp10 ocurren varios cambios y rotaciones.

Por tanto, la conformación de la enzima unida a SAH cambia para facilitar su “restablecimiento” para una actividad catalítica renovada en el siguiente paso. El heterodímero muestra una interfaz ampliada, con mayor relajación. Este es el resultado de un solo evento de metilación 2′-O.

Mientras se produce la actividad catalítica, la enzima muestra un “movimiento de respiración”, es decir, los estados unidos al sustrato, producto y subproducto son solo los estados completamente cerrado, abierto y parcialmente abierto de la enzima. El Cap-1 se coloca en un bolsillo profundo entre la hoja β central y los dos lazos de la puerta. El subproducto SAH encaja en una cavidad en el lado C-terminal de las hebras β paralelas. Estos dos difieren solo en las orientaciones de sus extremos carboxi.

Estructuras de los complejos SARS-CoV-2 nsp16 / nsp10.  a, El sustrato (me7GpppA, barra azul) y el complejo nsp16 (cian) / nsp10 (naranja) unido al donante de metilo (SAM, barra amarilla) (PDB ID, 6WKS) 8 representa una forma cerrada.  b, El producto (me7GpppAmU, barra roja; subproducto SAH [grey stick]) -bound nsp16 (azul) / nsp10 (magenta) en un estado abierto.  Un círculo amarillo muestra la ribosa metilada (2'-O-me) de la base N1 (A).  c, El nsp16 (gris) / nsp10 (rosa) unido a SAH (gris) representa un estado parcialmente abierto o de restablecimiento de la enzima.  d, La superposición basada en la estructura secundaria de nsp16 en estados unidos al sustrato y al producto muestra claramente la expansión universal de la enzima tras la metilación 2'-O.  e, Una vista de cerca de la unión de la tapa y el bolsillo catalítico de la estructura del producto muestra residuos de nsp16 (barras cian) que interactúan con la Cap-1 (rojo).  Se muestra un cambio de posición en la orientación del sustrato (Cap-0, azul) de la estructura “cerrada” determinada previamente8.  f, Una superposición de las estructuras unidas al producto (Cap-1) y al subproducto (SAH) muestra un cambio en la orientación del bucle de la puerta 2. Reducción del área de superficie enterrada entre nsp16 / nsp10 en estructuras total y parcialmente abiertas (en comparación con el sustrato) estado cerrado enlazado) se muestra (gi).

Estructuras de los complejos SARS-CoV-2 nsp16 / nsp10. a, El sustrato (me7GpppA, barra azul) y el complejo nsp16 (cian) / nsp10 (naranja) unido al donante de metilo (SAM, barra amarilla) (PDB ID, 6WKS) 8 representa una forma cerrada. b, El producto (me7GpppAmU, barra roja; subproducto SAH [grey stick]) -bound nsp16 (azul) / nsp10 (magenta) en un estado abierto. Un círculo amarillo muestra la ribosa metilada (2′-O-me) de la base N1 (A). c, El nsp16 (gris) / nsp10 (rosa) unido a SAH (gris) representa un estado parcialmente abierto o de restablecimiento de la enzima. d, La superposición basada en la estructura secundaria de nsp16 en estados unidos al sustrato y al producto muestra claramente la expansión universal de la enzima tras la metilación 2′-O. e, Una vista de cerca de la unión de la tapa y el bolsillo catalítico de la estructura del producto muestra residuos de nsp16 (barras cian) que interactúan con la Cap-1 (rojo). Se muestra un cambio de posición en la orientación del sustrato (Cap-0, azul) de la estructura “cerrada” determinada previamente8. f, Una superposición de las estructuras unidas al producto (Cap-1) y al subproducto (SAH) muestra un cambio en la orientación del bucle de la puerta 2. Reducción del área de superficie enterrada entre nsp16 / nsp10 en estructuras total y parcialmente abiertas (en comparación con el sustrato) estado cerrado enlazado) se muestra (gi).

El ion metálico juega un papel crucial

El estudio también muestra que un ion metálico divalente interactúa con las moléculas de agua durante 2′-O Actividad MTasa. Los iones metálicos se estabilizan ácido nucleico sustratos y catalizan reacciones enzimáticas, como los iones magnesio en el virus del dengue.

El heterodímero de tipo salvaje nsp16 / nsp10 se une al magnesio con alta afinidad, lo que permite la interacción directa metal-proteína. Esto se encuentra solo en SARS-CoV-2, al igual que su orientación en el mismo bolsillo de encuadernación que Cap-1. Se une directamente a nsp16 y al fosfato del segundo nucleótido de uridina.

En el caso del dengue, por el contrario, el ion magnesio no liga la proteína mientras reticula los grupos fosfato de la capa de ARN.

Posicionamiento dentro del bolsillo catalítico

Los investigadores también demostraron el papel de K46, K170 y N198 en la catálisis, a través de su red de cadenas laterales. Esto es importante para lograr el posicionamiento correcto de la tapa de ARN dentro del bolsillo catalítico. Esto asegura 2′-O metilación del primer nucleótido.

Al evitar su movimiento o posicionamiento incorrecto durante este paso, esta red también evita el 2′-O metilación del segundo.

Mutaciones en variante clínica

También exploraron las mutaciones del residuo S33 en el circuito de la puerta 1, que estuvo involucrado en la epidemia de la ciudad de Nueva York, así como en otros brotes anteriores de coronavirus. Las cadenas laterales de este aminoácido pueden interferir con la unión del magnesio en el bolsillo catalítico, desalineando así el primer nucleótido.

En cambio, una cadena lateral más corta no solo evitaría tal intrusión, sino que podría producir más contactos con el ión metálico divalente, proporcionar una unión de ARN más fuerte y, por lo tanto, facilitaría la reacción.

Descubrieron que N198 y K46 eliminaban totalmente la actividad catalítica de nsp16, mientras que la mutación S33R mostraba una reducción del 80% en la actividad. Sin embargo, la mutación S33N aumentó la actividad en un 30%.

Impacto de la sustitución de metales

Cuando el calcio se sustituye por magnesio, el tipo salvaje nsp16 muestra una pérdida del 20%, pero no para el manganeso. Con el mutante S33N, los tres iones divalentes se comportaron de manera comparable. El S33R mostró un 80% menos de actividad con manganeso y magnesio, en relación con la enzima de tipo salvaje, pero actividad residual con calcio.

El metal divalente no parece jugar un papel químico en el SARS-CoV-2 nsp16, pero su lugar clave en la metilación 2′-O de N1 es claro. Como resultado, una alteración en las concentraciones de iones metálicos celulares podría cambiar el progreso de la protección del ARN.

¿Cuáles son las implicaciones?

El estudio sugiere que los cambios conformacionales en la enzima la refrescan para repetidas rondas de catálisis. Estos incluyen ensanchamiento en la formación del producto y una torsión hacia adentro de la región de unión del sustrato al liberar el producto.

Los investigadores también encontraron un papel para los metales divalentes con un modo único de unión directa metal-proteína que parece ser esencial para la metilación 2′-O de N1.

Una variante clínica del virus muestra una actividad enzimática alterada, para lo cual también se encontró una explicación estructural.

El resultado de una limitación de ARN baja debido a concentraciones bajas de metales podría reducir la evasión de la respuesta inmune del huésped. Por ejemplo, los niveles bajos de calcio y magnesio sirven como predictores de muertes intrahospitalarias en pacientes con COVID-19 y se encuentran comúnmente en COVID-19 grave, respectivamente.

Esto podría deberse a una limitación de ARN baja, que, junto con los niveles bajos de iones metálicos divalentes, causa respuestas hiperinflamatorias en algunos pacientes con COVID-19.

Investigaciones posteriores mostrarán si esta hipótesis es válida, es decir, mediante la exploración de cómo la cobertura de ARN se relaciona con los niveles de metales en la célula huésped y con la respuesta inmune innata.

*Noticia importante

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no son revisados ​​por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica / comportamiento relacionado con la salud o tratarse como información establecida.

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