علماء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا يحددون تركيب بروتين فيروس كورونا بشكل تفصيلي بأستخدام الرنين المغناطيسي

حدد الكيميائيون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا التركيب الجزيئي للبروتين الموجود في فيروس كورونا

هذا البروتين ، المسمى بروتين الغلاف ( أيي ) ، يشكل قناة انتقائية للأيونات ويلعب دورًا رئيسيًا في قدرة الفيروس على تكرار نفسه وتحفيز الاستجابة الالتهابية للخلية المضيفة

تقول مي هونغ ، أستاذة الكيمياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا

إنه إذا تمكن الباحثون من ابتكار طرق لمنع هذه القناة ، فقد يكونوا قادرين على الحد من إمراض الفيروس والتدخل في تكاثر الفيروس

في هذه الدراسة ، قام الباحثون بالتحقيق في مواقع الارتباط لعقارين يسدان القناة ، لكن هذه الأدوية ترتبط بشكل ضعيف فقط ، لذا لن تكون مثبطات فعالة للبروتين

تقول هونغ ، وهي المؤلف الرئيسي للدراسة الجديدة

قد تكون نتائجنا مفيدة للكيميائيين الطبيين لتصميم جزيئات صغيرة بديلة تستهدف هذه القناة

فينكاتا ماندالا ، طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، المشارك الرئيسي للبحث, كذلك ماثيو مكاي ، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وطلاب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ألكسندر شيرباكوف وأوريليو دريغني ، وأنطونيوس كولوكوريس ، أستاذ الكيمياء الصيدلانية في جامعة أثينا

التحديات الهيكلية

يتخصص مختبر هونغ في دراسة هياكل البروتينات الموجودة في أغشية الخلايا ، والتي غالبًا ما يكون تحليلها صعبًا بسبب اضطراب الغشاء الدهني

باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي, طورت سابقًا العديد من التقنيات التي تسمح بالحصول على معلومات هيكلية دقيقة على المستوى الذري حول هذه البروتينات المضمنة في الغشاء

عندما بدأ تفشي فيروس كورونا في وقت سابق من هذا العام ، قررت هونغ وطلابها تركيز جهودهم على أحد بروتينات فيروس كورونا الجديد

قررت دراسة البروتين ( بروتين أيي ), هيكليا, لأنه مشابه لبروتين الإنفلونزا يسمى قناة البروتون ( أم٢ )  ، والتي سبق لها أن درستها

يتكون كلا البروتينين الفيروسيين من حزم من عدة بروتينات حلزونية

لقد حددنا بنية الإنفلونزا ( بروتون أم٢ ) بعد حوالي عام ونصف من العمل الشاق ، والذي علمنا كيفية استنساخ البروتين الغشائي للفيروس والتعبير عنه وتنقيته من الصفر 

و الاستراتيجيات التجريبية للرنين المغناطيسي التي يجب اتخاذها لحل بنية الحزمة الحلزونية

تقول هونغ

تبين أن هذه التجربة كانت ساحة تدريب مثالية لدراسة بروتين فيروس كورونا ( بروتين أيي )

تمكن الباحثون من استنساخ وتنقية البروتين ( أيي ) في شهرين ونصف

لتحديد هيكل البروتين, قام الباحثون بدمجه في طبقة دهنية ثنائية, تشبه غشاء الخلية, ثم قاموا بتحليلها باستخدام الرنين المغناطيسي, الذي يستخدم الخصائص المغناطيسية للنواة الذرية للكشف عن هياكل الجزيئات التي تحتوي على تلك النوى

قاموا بقياس أطياف الرنين المغناطيسي النووي لمدة شهرين, بدون توقف, على جهاز الرنين المغناطيسي النووي ذو المجال القوي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مقياس طيف بتردد ٩٠٠ ميغا هرتز ، بالإضافة إلى مطياف ٨٠٠ و ٦٠٠ ميغا هرتز

يعتبر التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي للحالة الصلبة, جهازا قويا على المستوى الذري لهيكل وديناميكيات المركبات الكيميائية البيولوجية والاصطناعية غير القابلة للذوبان

باستخدام المجالات المغناطيسية العالية والموجات الدقيقة ذات الترددات المختلفة,  يمكن للمرء أن يستكشف المجالات المغناطيسية في النواة ، والتي تكون حساسة للبيئة الكيميائية ، والمسافات بين النواة ، والحركات الجزيئية

يوفر تسجيل تكرار الحركة لمجموعة متنوعة من النوى قياسات دقيقة لمجموعة متنوعة من المركبات ذات الأهمية في علم الأحياء والكيمياء وعلوم المواد

يوفر تدوير العينة حول محور المجال المغناطيسي, جنبًا إلى جنب مع التحليل الطيفي للارتباط متعدد الأبعاد, دقة طيفية عالية, يستخدم هذا لتمييز مئات أو آلاف المواقع الكيميائية المميزة في المركب, ورسم خرائط كيفية تجميع المواد المعقدة

بالاستفادة من الخبرة في مجال المغناطيسات عالية المجال, وتوليد الترددات الراديوية, والأجهزة المتطورة, والتعاون مع أقسام معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والجامعات الأخرى

تُستخدم متواليات نبضة تردد راديوي متطورة لمعالجة تماسكات الدوران النووي وتعزيز الدقة الطيفية

وجدت هونغ وزملاؤها أن جزء البروتين الموجود في طبقة ثنائية الدهون ، والمعروف باسم مجال الغشاء ، يتجمع في حزمة من خمس حلزونات

تظل الحلزونات غير متحركة إلى حد كبير داخل هذه الحزمة ، مما يخلق قناة ضيقة أكثر تقييدًا من قناة الأنفلونزا

ومن المثير للاهتمام ، أن بروتين ( أيي ),  لا يشبه بروتينات القناة الأيونية للأنفلونزا وفيروسات ألايدز

في فيروسات الأنفلونزا ، يكون بروتين ( أم٢ ) المكافئ أكثر قدرة على الحركة, بينما في فيروس ألايدز  ، يحتوي بروتين ( ڤي بي يو ) المكافئ على حلزون عبر الغشاء أقصر بكثير وذو مسام أوسع

إن كيفية تأثير هذه السمات الهيكلية المميزة لـبروتين ( أيي )  على وظائف و دورة حياة فيروس كورونا هي أحد الموضوعات التي ستدرسها هونج وزملاؤها في المستقبل

حدد الباحثون أيضًا عدة أحماض أمينية في أحد طرفي القناة والتي قد تجذب أيونات موجبة الشحنة مثل الكالسيوم إلى القناة

يعتقدون أن الهيكل الذي يبلغوا عنه في هذا البحث هو الحالة المغلقة للقناة ، ويأملون الآن في تحديد هيكل الحالة المفتوحة ، والتي ينبغي أن تلقي الضوء على كيفية فتح القناة وإغلاقها

البحوث الأساسية

ووجد الباحثون أيضًا أن عقارين – أمانتادين ، المستخدم في علاج الإنفلونزا ، وهيكساميثيلين أميلوريد ، المستخدم في علاج ارتفاع ضغط الدم – يمكن أن يسدَّا مدخل قناة إيي

ومع ذلك ، فإن هذه الأدوية ترتبط ارتباطًا ضعيفًا بالبروتين ( أيي ),

تقول هونغ إنه إذا تم تطوير مثبطات أقوى, فقد تكون مرشحة محتملة للأدوية لعلاج فيروس كورونا

وتضيف أن الدراسة توضح أن البحث العلمي الأساسي يمكن أن يقدم مساهمات مهمة في حل المشكلات الطبية

تقول هونغ

حتى عندما ينتهي الوباء ، من المهم أن يدرك مجتمعنا ويتذكر أن البحث العلمي الأساسي في بروتينات الفيروسات أو البروتينات البكتيرية يجب أن يستمر بقوة ، حتى نتمكن من استباق الأوبئة, التكلفة البشرية والتكلفة الاقتصادية لعدم القيام بذلك مرتفعة للغاية

المصدر / ساينتفك ديلي ١٣ تشرين الثاني / نوڤمبر٢٠٢٠

ملخص عن موضوع دراسة هيكلية بروتين فيروس كورونا

أسم الدراسة المقدمة

Structure and drug binding of the SARS-CoV-2 envelope protein transmembrane domain in lipid bilayers

الهيكل والربط الدوائي لمجال غشاء بروتين مغلف فيروس كورونا في طبقات ثنائية الدهون