SARS-CoV-2 wykorzystuje liczne mechanizmy molekularne pozwalające na efektywne wnikanie do komórek człowieka, a następnie replikację własnego materiału genetycznego oraz biosyntezę białek w celu zwiększenia kopii wirusa. Dr Mateusz Wilamowski z Wydziału Biochemii Biofizyki i Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego został pierwszym autorem publikacji opisującej proces metylacji czapeczki RNA transkryptu SARS-CoV-2.
Modyfikacja czapeczki RNA w pozycji 2'-O rybozy jest rodzajem kamuflażu, który przeciwdziała rozpoznaniu wirusowego transkryptu w komórkach człowieka, a tym samym zapobiega aktywacji niektórych elementów wrodzonej odpowiedzi immunologicznej.
Transkrypty są to odcinki RNA zawierające sekwencję kodującą, która w procesie translacji jest wykorzystywana do produkcji białek. Modyfikacje potranskrypcyjne w RNA mają liczne funkcje, takie jak: zapobieganie degradacji matrycowego RNA czy modulacja procesu biosyntezy białek. Wirus SARS-CoV-2 wykorzystuje komórki gospodarza w celu replikacji materiału genetycznego oraz translacji własnych białek. Jednym z kompleksów białkowych SARS-CoV-2 jest heterodimer o aktywności 2'-O-metylotransferazy złożony z wirusowych białek Nsp10/Nsp16. Stosując technikę seryjnej krystalografii rozwiązano strukturę kryształu Nsp10/16 w kompleksie z czapeczką RNA metylowaną w pozycji 2′-O rybozy. Aktywność Nsp10/16 z SARS-CoV-2 jest wymagana do metylacji czapeczki wirusowego RNA na końcu 5' transkryptu, zapobiegając jego degradacji. Katalizowany przez kompleks Nsp10/16 transfer grupy metylowej jest zależny od AdoMet, służącej jako donor grupy metylowej. Grupa metylowa z AdoMet zostaje przesunięta do pozycji 2′-O rybozy w cząsteczce Cap-0 w celu utworzenia produktów reakcji: Cap-1 i AdoHcys. Metylacja czapeczki RNA pozwala SARS-CoV-2 naśladować transkrypty gospodarza, a tym samym oszukać mechanizmy odporności wrodzonej człowieka, które rozpoznają wirusowe/egzogenne RNA następnie aktywując odpowiedź immunologiczną zależną od interferonów.
Wyniki opisane w publikacji "2′-O methylation of RNA cap in SARS-CoV-2 captured by serial crystallography" są rezultatem pracy naukowców z Laboratorium Argonne, Uniwersytetu w Chicago, Uniwersytetu Northwestern oraz Uniwersytetu Jagiellońskiego. Publikacja ta ukazała się w renomowanym czasopiśmie "Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America". Doktor Wilamowski w trakcie realizacji eksperymentów uczestniczył w stażu podoktorskim na Uniwersytecie Chicagowskim w grupie prof. Andrzeja Joachimiaka.
Analizy krystalograficzne wykonano z zastosowaniem unikalnych urządzeń badawczych synchrotronu Advanced Photon Source oraz superkomputera Theta w Laboratorium Argonne w Stanach Zjednoczonych. Wyniki opisane w pracy pokazują pierwsze struktury kryształów białek SARS-CoV-2 rozwiązane techniką seryjnej krystalografii. Publikacja w PNAS opisuje 4 struktury kompleksu Nsp10/16 z substratami i produktami katalizowanej reakcji – transferu grupy metylowej. Dane krystalograficzne zostały zgromadzone w APS z dziesiątek tysięcy mikrokryształów Nsp10/16 w temperaturze pokojowej. Metodyka seryjnej krystalografii pozwala uniknąć efektu uszkodzeń radiacyjnych czyniąc uzyskane wyniki bliższymi stanowi fizjologicznemu.
Pomimo rozpowszechnienia programu szczepień efektywne zwalczanie skutków SARS-CoV-2 wymaga leku, który może zostać podany pacjentom chorym na COVID-19. Cząsteczki, które wpływają na aktywność kompleksu Nsp10/16, a tym samym hamują dojrzewanie wirusowego RNA, są potencjalnymi lekami przeciwko COVID-19, czyniąc SARS-CoV-2 podatnym na wczesną aktywację wrodzonej odpowiedzi immunologicznej. Pokazane w pracy w PNAS struktury kryształów Nsp10/16 oprócz wyjaśnienia podstawowych mechanizmów aktywności kompleksu 2'-O-metylotransferazy mogą zostać wykorzystane w celu inteligentnego projektowania inhibitorów z zastosowaniem metod modelowania molekularnego.
Zdjęcie: Dr Mateusz Wilamowski z Wydziału Biochemii Biofizyki i Biotechnologii UJ został pierwszym autorem publikacji opisującej proces metylacji czapeczki RNA transkryptu SARS-CoV-2
