Nhà khoa học phát hiện cấu trúc một protein quan trọng của coronavirus
Các nhà hóa học MIT đã xác định được cấu trúc phân tử của một protein tìm thấy trên virus SARS-CoV-2. Protein này vẫn được gọi là protein vỏ E, hình thành một kênh cation có chọn lọc và đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo khả năng tự sao chép của virus và mô phỏng đáp ứng với tổn thương của tế bào vật chủ.
Nếu các nhà nghiên cứu có thể tìm ra những cách cô lập kênh này, họ có khả năng làm giảm khả năng gây bệnh của virus này và góp phần vô hiệu hóa sự sao chép của virus, Mei Hong, giáo sư hóa học ở MIT, nói. Trong nghiên cứu này, họ đã tìm hiểu các vị trí liên kết của hai loại thuốc ngăn chặn kênh cation nhưng sự liên kết của thuốc vẫn còn khá yếu ớt, vì thế chúng vẫn chưa phát huy được hiệu quả ngăn chặn protein E.
“Phát hiện của chúng tôi có thể hữu dụng cho các nhà hóa được để thiết kế những phân tử nhỏ luân phiên hướng đích đến kênh này với ái lực cao”, Hong – tác giả chính của nghiên cứu mới này, cho biết.
Công bố mới được xuất bản trên Nature Structural and Molecular Biology với tiêu đề “Structure and drug binding of the SARS-CoV-2 envelope protein transmembrane domain in lipid bilayers”.
Những thách thức về cấu trúc
Phòng thí nghiệm của Hong chuyên về nghiên cứu các cấu trúc của protein tham gia vào hình thành các lớp màng tế bào, vốn đem lại thách thức trong phân tích bởi sự rối loạn của màng lipid. Sử dụng quang phổ học cộng hưởng từ hạt nhân (NMR), bà đã từng phát triển rất nhiều kỹ thuật cho phép bà thu được một cách chính xác thông tin cấu trúc ở mức độ nguyên tử về các protein liên quan đến màng tế bào.
Khi dịch SARS-CoV-2 bùng phát vào đầu năm nay, Hong và học trò quyết định tập trung vào một trong những protein của coronavirus. Bà đã xem xét tỉ mỉ protein E bởi vì nó tương tự như một protein cúm tên là kênh proton M2 mà trước đây bà đã nghiên cứu. Cả hai protein của virus này đều được làm từ các bó protein xoắn.
Mei Hong, giáo sư hóa học ở MIT.
“Chúng tôi đã xác định được cấu trúc B M2 của virus cúm sau khoảng năm rưỡi làm việc cật lực. Nó giúp chúng tôi hiểu về sao chép, biểu hiện và tinh sạch của một protein màng tế bào từ các mảnh vậtliệu và những gì mà một chiến lược thực nghiệm NMR cần làm để tìm hiểu được cấu trúc của một bó xoắn homo-oligomeric”, Hong nói. “Trải nghiệm đó đã giúp chúng tôi có được một nền tảng hiểu biết hoàn hảo để mghieen cứu về protein E của SARS-CoV-2”.
Các nhà nghiên cứu đã có thể sao chép và làm tinh sạch protein E trong vòng hai tháng rưỡi. Để xác định cấu trúc của nó, họ đã đưa nó vào trong một lớp kép lipid, tương tự như màng tế bào và sau đó phân tích bằng NMR, thiết bị sử dụng các tính năng từ của hạt nhân nguyên tử để phát hiện các cấu trúc của những phân tử chứa các hạt nhân đó. Họ đã đo đạc phổ của NMR trong vòng hai tháng liên tục với thiết bị NMR từ trường cao của MIT, một quang phổ kế 900 megahertz và các quang phổ kế 800 và 600 megahertz khác.
Hong và cộng sự đã tìm thấy phần của protein E tham gia vào việc hình thành lớp lipid kép, được biết đến như lĩnh giới xuyên màng, tập hợp thành một bó gồm năm vòng xoắn. Các xoắn còn lại chủ yếu bất động trong bó này, tạo ra một kênh nhỏ hẹp hơn cả kênh M2 của virus cúm.
Các nhà nghiên cứu đã nhận diện được hầu hết các axít amin tại một điểm cuối trong kênh này có thể thu hút các ion mang điện tích dương như các calcium lọt vào kênh. Họ tin là cấu trúc mà họ thấy là ở trạng thái gần nhất của kênh này, và qua đó hi vọng xác định được cấu trúc của trạng thái mở, vốn có khả năng rọi ánh sáng vào cách kênh đóng và mở.
Nghiên cứu cơ bản
Các nhà nghiên cứu cũng phát hiện ra hai loại thuốc – amantadine được dùng để điều trị cúm và hexamethylene amiloride được dùng để điều trị bệnh huyết áp cao – đều có thể ngăn được cổng vào của kênh protein E. Tuy nhiên, các loại thuốc này chỉ liên kết một cách yếu ớt với protein E. Nếu phát triển được các chất ức chế mạnh hơn, chúng có thể trở thành những ứng cử viên thuốc tiềm năng để điều trị COVID-19, Hong cho biết.
Nghiên cứu này cho thấy nghiên cứu cơ bản có thể có những đóng góp quan trọng để hướng tới giải quyết những vấn đề y học lớn, bà cho biết thêm. “Ngay cả khi đại dịch kết thúc thì nó vẫn quan trọng bởi nó giúp xã hội nhận ra và ghi nhớ rằng nghiên cứu khoa học cơ bản về các protein của virus hay protein của vi khuẩn phải được tiếp tục thực hiện một cách đúng đắn. Nhờ đó, chúng ta có thể chuẩn bị cho các đại dịch khác”, Hong nói. “Chi phí nhân lực và kinh tế của việc không làm gì cả sẽ ở mức rất cao”.
Anh Vũ dịch
Nguồn: https://phys.org/news/2020-11-chemists-key-coronavirus-protein.html
