एंटीबॉडी बाइंडिंग-साइट सभी COVID-19 वायरस वेरिएंट में संरक्षित: संरचनात्मक रहस्योद्घाटन सभी SARS-CoV-2 वेरिएंट में एक चिकित्सीय लक्ष्य के रूप में निहितार्थ हो सकता है

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पेन स्टेट की एक शोध टीम ने पाया कि SARS-CoV-2 पर N प्रोटीन सभी SARS-संबंधित महामारी कोरोनाविरस (ऊपर, बाएं से: SARS-CoV-2, सिवेट, SARS-CoV, MERS) में संरक्षित है। प्रोटीन अन्य कोरोनाविरस से भिन्न होता है, जैसे कि जो सामान्य सर्दी का कारण बनते हैं (नीचे, बाएं से: OC43, HKU1, NL63 और 229E)। क्रेडिट केली लैब/पेन स्टेट

सार:
पेन स्टेट के शोधकर्ताओं की एक टीम के अनुसार, SARS-CoV-2 का एक छोटा प्रोटीन, कोरोना वायरस, जो COVID-19 को जन्म देता है, भविष्य के उपचारों पर बड़े प्रभाव डाल सकता है।

सभी COVID-19 वायरस वेरिएंट में एंटीबॉडी बाइंडिंग-साइट संरक्षित: संरचनात्मक रहस्योद्घाटन का सभी SARS-CoV-2 वेरिएंट में चिकित्सीय लक्ष्य के रूप में प्रभाव हो सकता है

यूनिवर्सिटी पार्क, पीए | 9 अप्रैल, 2021 को पोस्ट किया गया

Using a novel toolkit of approaches, the scientists uncovered the first full structure of the Nucleocapsid (N) protein and discovered how antibodies from COVID-19 patients interact with that protein. They also determined that the structure appears similar across many coronaviruses, including recent COVID-19 variants — making it an ideal target for advanced treatments and vaccines. They reported their results in Nanoscale.

“We discovered new features about the N protein structure that could have large implications in antibody testing and the long-term effects of all SARS-related pandemic viruses,” said Deb Kelly, professor of biomedical engineering (BME), Huck Chair in Molecular Biophysics and director of the Penn State Center for Structural Oncology, who led the research. “Since it appears that the N protein is conserved across the variants of SARS-CoV-2 and SARS-CoV-1, therapeutics designed to target the N protein could potentially help knock out the harsher or lasting symptoms some people experience.”

Most of the diagnostic tests and available vaccines for COVID-19 were designed based on a larger SARS-CoV-2 protein — the Spike protein — where the virus attaches to healthy cells to begin the invasion process.

फाइजर/बायोएनटेक और मॉडर्ना टीके प्राप्तकर्ताओं को स्पाइक प्रोटीन से बचाने वाले एंटीबॉडी का उत्पादन करने में मदद करने के लिए डिज़ाइन किए गए थे। हालांकि, केली ने कहा, स्पाइक प्रोटीन आसानी से उत्परिवर्तन कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप यूनाइटेड किंगडम, दक्षिण अफ्रीका, ब्राजील और पूरे संयुक्त राज्य अमेरिका में वेरिएंट सामने आए हैं।

Unlike the outer Spike protein, the N protein is encased in the virus, protected from environmental pressures that cause the Spike protein to change. In the blood, however, the N protein floats freely after it is released from infected cells. The free-roaming protein causes a strong immune response, leading to the production of protective antibodies. Most antibody-testing kits look for the N protein to determine if a person was previously infected with the virus — as opposed to diagnostic tests that look for the Spike protein to determine if a person is currently infected.

“Everyone is looking at the Spike protein, and there are fewer studies being performed on the N protein,” said Michael Casasanta, first author on the paper and a postdoctoral fellow in the Kelly laboratory. “There was this gap. We saw an opportunity — we had the ideas and the resources to see what the N protein looks like.”

प्रारंभ में, शोधकर्ताओं ने मनुष्यों के साथ-साथ चमगादड़, सिवेट और पैंगोलिन जैसे महामारी के संभावित स्रोत माने जाने वाले विभिन्न जानवरों के एन प्रोटीन अनुक्रमों की जांच की। कैसासांता के अनुसार, वे सभी समान दिखते थे लेकिन स्पष्ट रूप से भिन्न थे।

“The sequences can predict the structure of each of these N proteins, but you can’t get all the information from a prediction — you need to see the actual 3D structure,” Casasanta said. “We converged the technology to see a new thing in a new way.”

शोधकर्ताओं ने एन प्रोटीन और एन प्रोटीन पर उस स्थान की छवि बनाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग किया, जहां एंटीबॉडी बांधते हैं, सीओवीआईडी -19 रोगियों के सीरम का उपयोग करके, और संरचना का एक 3 डी कंप्यूटर मॉडल विकसित किया। उन्होंने पाया कि एंटीबॉडी बाइंडिंग साइट हर नमूने में समान रही, जिससे यह किसी भी ज्ञात सीओवीआईडी -19 वेरिएंट वाले लोगों के इलाज के लिए एक संभावित लक्ष्य बन गया।

“If a therapeutic can be designed to target the N protein binding site, it might help reduce the inflammation and other lasting immune responses to COVID-19, especially in COVID long haulers,” Kelly said, referring to people who experience COVID-19 symptoms for six weeks or longer.

टीम ने रेबायोटेक लाइफ से शुद्ध एन प्रोटीन खरीदे, जिसका अर्थ है कि नमूनों में केवल एन प्रोटीन थे और उन्हें प्रोटोचिप्स इंक के साथ साझेदारी में विकसित माइक्रोचिप्स पर लागू किया। माइक्रोचिप्स सिलिकॉन नाइट्राइड से बने होते हैं, जो अधिक पारंपरिक छिद्रपूर्ण कार्बन के विपरीत होते हैं, और उनमें शामिल होते हैं विशेष कोटिंग वाले पतले कुएं जो एन प्रोटीन को उनकी सतह पर आकर्षित करते हैं। एक बार तैयार होने के बाद, नमूनों को फ्लैश फ़्रीज़ किया गया और क्रायो-इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के माध्यम से जांच की गई।

Kelly credited her team’s unique combination of microchips, thinner ice samples and Penn State’s advanced electron microscopes outfitted with state-of-the-art detectors, customized from the company Direct Electron, for delivering the highest-resolution visualization of low-weight molecules from SARS-CoV-2 so far.

“The technology combined resulted in a unique finding,” Kelly said. “Before, it was like trying to look at something frozen in the middle of the lake. Now, we’re looking at it through an ice cube. We can see smaller entities with many more details and higher accuracy.”

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Casasanta and Kelly are both also affiliated with Penn State’s Materials Research Institute (MRI). Co-authors include G.M. Jonaid, BME and Bioinformatics and Genomics Graduate Program in Penn State’s Huck Institutes of the Life Sciences; Liam Kaylor and Maria J. Solares, BME and Molecular, Cellular, and Integrative Biosciences Graduate Program in the Huck Institutes of the Life Sciences; William Y. Luqiu, MRI and Department of Electrical and Computer Engineering at Duke University; Mariah Schroen, MRI; William J. Dearnaley, BME and MRI; Jared Wilson, RayBiotech Life; and Madeline J. Dukes, Protochips Inc.

नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ के नेशनल कैंसर इंस्टीट्यूट और पेन स्टेट में हक इंस्टीट्यूट ऑफ द लाइफ साइंसेज में सेंटर फॉर स्ट्रक्चरल ऑन्कोलॉजी ने इस काम को वित्त पोषित किया।

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