Schwachpunkt der COVID-19 entdeckt

Neue Forschungen haben ergeben, dass das COVID-Virus auf einen menschlichen Posttranslationsprozess namens SUMOylierung zur Replikation angewiesen ist, ein ähnlicher Prozess wie bei Influenza A und B. Durch die Blockierung dieses Prozesses könnten antivirale Medikamente entwickelt werden, die gegen mehrere Viren wirksam sind, einschließlich Grippe, RSV und Ebola.

Aktuelle Forschungsergebnisse der UC Riverside haben die Achillesferse von COVID identifiziert - seine Abhängigkeit von wichtigen menschlichen Proteinen für seine Replikation - die dazu verwendet werden kann, das Virus daran zu hindern, Menschen krank zu machen.

In einem neuen Artikel, der in der Zeitschrift Viruses veröffentlicht wurde, beschreibt das Forschungsteam der UCR eine wichtige Entdeckung. Das N-Protein in COVID, das für die Replikation des Virus verantwortlich ist, benötigt die Hilfe von menschlichen Zellen, um seine Aufgabe zu erfüllen.

Die genetischen Anweisungen in unseren Zellen werden von der DNA in Boten-RNA transkribiert und dann in Proteine übersetzt, die Funktionen wie Wachstum und Kommunikation mit anderen Zellen ermöglichen. Nach diesem Übersetzungsereignis benötigen Proteine oft zusätzliche Modifikationen durch Enzyme. Diese sogenannten posttranslationalen Modifikationen stellen sicher, dass Proteine optimal geeignet sind, um ihre vorgesehenen Aufgaben zu erfüllen.

COVID nutzt einen menschlichen posttranslationalen Prozess namens SUMOylierung aus, der das N-Protein des Virus an den richtigen Ort dirigiert, um sein Genom nach der Infektion von menschlichen Zellen zu verpacken. Sobald es sich am richtigen Ort befindet, kann das Protein damit beginnen, Kopien seiner Gene in neue infektiöse Virenpartikel einzufügen, indem es mehr unserer Zellen angreift und uns krank macht.

"An der falschen Stelle kann uns das Virus nicht infizieren", sagte Quanqing Zhang, Mitautor der neuen Studie und Leiter des Proteomics-Kernlabors am Institute for Integrative Genome Biology der UCR.

Ein einzelnes COVID-Virus. Bildnachweis: Maya Peters Kostman/Innovative Genomics Institute

Proteomics ist die Untersuchung aller Proteine, die ein Organismus herstellt, wie sie von anderen Enzymen modifiziert werden und welche Rolle sie in einem lebenden Organismus spielen. "Wenn jemand eine Infektion bekommt, erscheint vielleicht eines seiner Proteine anders als zuvor. Das ist es, wonach wir in unserer Einrichtung suchen", sagte Zhang.

In diesem Fall entwarf und führte das Team Experimente durch, die die posttranslationale Modifikation von COVID-Proteinen leicht erkennbar machten. "Wir haben leuchtende Fluoreszenz verwendet, um uns zu zeigen, wo das Virus mit menschlichen Proteinen interagiert und neue Virenpartikel - infektiöse Viruspartikel - erzeugt", sagte Jiayu Liao, Bioingenieurwissenschaftler an der UCR und korrespondierender Autor des Artikels.

"Diese Methode ist empfindlicher als andere Techniken und bietet uns einen umfassenderen Überblick über alle Interaktionen zwischen menschlichen und viralen Proteinen", sagte er.

Mit ähnlichen Methoden hatte das Bioingenieurteam zuvor festgestellt, dass die beiden häufigsten Arten von Grippeviren, Influenza A und Influenza B, die gleiche posttranslationale SUMOylierungsmodifikation benötigen, um sich zu replizieren.

Dieser Artikel zeigt, dass COVID wie die Grippe auf SUMOylierungsproteine angewiesen ist. Der Zugang zu den menschlichen Proteinen zu blockieren, würde es unserem Immunsystem ermöglichen, das Virus abzutöten.

Derzeit ist das wirksamste Mittel zur Behandlung von COVID Paxlovid, das die Virusreplikation hemmt. Allerdings müssen Patienten es innerhalb von drei Tagen nach der Infektion einnehmen. "Wenn Sie es danach einnehmen, wird es nicht mehr so effektiv sein", sagte Liao. "Ein neues Medikament basierend auf dieser Entdeckung wäre für Patienten in allen Infektionsstadien nützlich."

Die Ähnlichkeiten zwischen Viren könnten eine ganz neue Klasse von antiviralen Medikamenten ermöglichen. Bei ausreichender Unterstützung schätzt Liao, dass diese innerhalb von fünf Jahren entwickelt werden können.

"Ich denke, dass auch andere Viren auf diese Weise arbeiten könnten", sagte Liao. "Letztendlich möchten wir die Grippe sowie COVID blockieren und möglicherweise auch andere Viren wie RSV und Ebola. Wir machen neue Entdeckungen, um dies zu ermöglichen", sagte Liao.