Proteinat target të inhibitorëve antiviral dhe mekanizmi i veprimit të Remdesivir

nsp12-nsp8-nsp7 domains- landscape

Përmbledhur dhe përgatitur në shqip nga:

  • Livia Tepshi PhD

Recensente:

  • Denisa Baci PhD

COVID-19 është një sëmundje infektive që shkakton Sindromën e Rëndë Respiratore Akute lidhur me SARS-CoV-2. Por nëse e  krahasojmë atë me SARS-CoV dhe MERS-CoV të së njejtës familje, virusi që shkakton COVID-19 transmetohet më shpejt midis njerezve [Kliko].

Qëllimi kryesor në këtë periudhë pandemie është gjetja e një trajtimi efikas në një kohë sa më të shkurtër. Mënyra e vetme për ta arritur këtë objektiv është testimi i  aktivitetit të  molekulave të cilat  ekzistojne në treg dhe që ndërkohë përdoren në sëmundje të tjera. I tillë është dhe rasti i barit Remdesivir i cili aktualisht përdoret kundër infeksioneve që shkaktohen nga virusi i Ebolës dhe virusi Marburg.

Nsp12 proteina target për inhibitorët antiviral.

Nga studimet e kryera është vërtetuar se Nsp12 (proteinë jo-strukturale) e SARS-CoV-2 është e domosdoshme në ciklin e shumimit dhe transkriptimit të këtij virusi, në bashkëveprim me ko-faktorët nsp7 dhe nsp8. Për këtë arsye Nsp12 konsiderohet si objektivi (targeti) kryesor për inhibitorë antiviral që kanë një strukturë analoge me nukleotidet, siç është dhe Remdesivir, i cili ka premisa të përdoret si trajtim kundër COVID-19 [Kliko].

Përshkrimi i detajuar i strukturës së polimerazës nsp12 në kompleks me nsp7 dhe nsp8 bëhet i domosdoshëm për të kuptuar sesi lidhen inhibitorët( si p.sh Remdesivir) me to dhe hap rrugë të reja për kuptimin e mekanizmave të veprimit. Në këtë studim përdoret teknika e mikroskopisë elektronike për të zbërthyer strukturën e kompleksit proteinik nsp12-nsp8-nsp7.

Eksperimenti i mikroskopisë elektronike u realizua në dy kushte:

  1. Në mungesë të agjentit reduktues DTT (Dataset1)
  2. Në  prani të DTT (Dataset2)

Nga 7,994 mikrofotografitë e mbledhura dhe të procesuara u vërejt një strukturë tri dimensionale e kompleksit nsp12-nsp7-nsp8 me një rezolucion prej 2.9-Å.

Struktura e proteinës nsp12 në virusin SARS-CoV-2 përbëhet nga një domen polimerik I njohur ndryshe dhe si ‘’dora e djathte’’ dhe një zgjatim të domentit N-terminal që formon strukturën e një nukleotidiltransferaze (NiRAN). Domeni polimerik së bashku me atë NiRAN janë të lidhur përmes një domeni ndërmjetësues. Një tjetër pjesë e domenit N-terminal pozicionohet në hapesirën ndërmjet domenit NiRAN dhe subdomenit në domenin polimerik RdRp.

Kompleksi nsp7-nsp8 në SARS-CoV-2 ka një strukturë të ngjashme me kompleksin e të njëjtës polimeraze të SARS-CoV [Kliko].

I gjithë kompleksi nsp12-nsp7-nsp8 tregon ngjashmëri ndërmjet SARS-CoV-2 dhe SARS-CoV. Pavaresisht këtij fakti, ekzistojnë disa ndryshime, sidomos lidhur me domenin NiRAN. Është vëzhguar prezenca e lidhjeve disulfurike ndërmjet cisteinave C301-C306 dhe C487-C645, në kushte joreduktuese (Dataset-1). Ndërkohe që në kushte reduktuese (Dataset-2), jonet e zinkut janë prezente në të njejtin pozicion të vëzhguar për SARS-CoV.

Domeni polimerik përbëhet nga tre subdomene:

  • një subdomen ‘’gisht’’,
  • një subdomen ‘’pëllëmbë’’ dhe
  • një subdomen ‘’gisht I madh’’ (emërtimi vjen nga ngjashmëria që kanë me format përkatëse).

Siti aktiv I domenit RdRp te SARS-CoV-2 formohet nga motivet e konservuara A-G të polimerazes në domenin polimerik. Motivi A përmban asparaginën klasike numër 618 (D618)  e njohur për lidhjet që krijon me kationet bivalente. D618 ruhet në shumicen e polimerazave virale si psh ne proteinën ns5b të virusit të hepatitit C : HCV (D233) dhe në proteinën 3Dpol të virusit të poliomelitit (D233). Motivi C karakterizohet nga prezenca e tre aminoacideve SDD të cilët pozicionohen në kthesën ndërmjet 2 strukturave β.

Po Remdesivir dhe antiviralë të tjerë si veprojnë, në cilën pikë kanë arritur studimet?

Remdesivir është një prodrogë me një strukturë analoge me atë të nukleotideve, që inhibon shumimin e SARS-CoV-2. Për të modeluar ndërveprimin mes molekulës kimike të remdesivirit dhe proteazes nsp12, Gao et al., përdori analogjinë me  ndërveprimin e njohur ndërmjet molekulës sofosbuvir (që i përket të njëjtës familje si remdesivir) dhe sitit katalitik të polimerazes ns5b të virusit të hepatitit C [Kliko]. I njëjti mekanizëm inhibues mund të aplikohet për droga të tjera si psh. molekula Favipiravir që ka provuar efikasitet në faza klinike [Kliko]. Pas rezultatesh premtuese të Remdesivir në fazën e parë dhe të dyte dyte klinike, Gilead Sciences Inc., një kompani biofarmaceutike me bazë në Kaliforni, nisi testet klinike për fazen e tretë. Ky program u anullua pak kohë pas fillimit të tij nga vetë kompania për shkak të një pjesmarrje të ulët vullnetarësh (237 nga 1000 individë që pritej të testoheshin).

Studimi i fundit klinik i nisur nga instituti Nacional i Shëndetit (NIH) në Maryland, SH.B.A që përfshin një grup prej 1063 pacientësh  po tregon rezultate pozitive preliminare të Remdesivir në uljen e % të vdekjeve (8% nga 11.6%) dhe përshpejtimit të kohës së shërimit. Megjithatë, struktura e nsp12, bashkë me proteina të tjera target për droga antivirale, mund të përdoret për zbulimin e molekulave të reja antivirale me fushë të gjerë veprimi.

Fig 1: Struktura e kompleksit proteinik nsp12-nsp7-nsp8 ne virusin qe shkakton COVID-19

(A) Organizimi në domene I proteinës nsp12 në virusin që shkakton COVID-19. Kufinjtë e domenit ndërmjetës janë etiketuar me numrin e aminoacideve që I perfaqëson. Aminoacidet e ekstremitetit N-terminal dhe C-terminal që nuk gjenden në hartën e densitetit observuar me cryo-EM nuk janë paraqitur. Motivet e polimerazes jane ngjyrosur si më poshtë: motivi A, I verdhë; motivi B, i kuq; motivi C, i gjelbër; motivi D, vjollcë; motivi E, cyan; motivi F, blu; dhe motivi G, kafe e hapur. (B) Të njëjtat ngjyra si ne A janë përdorur për të prezantuar domenet. Të dyja: nsp8-1(e lidhur direkt me nsp12-ten) dhe nsp8-2 (që lidhet me nsp12 ne kompleks me nsp7) janë ngjyrosur me gri; nsp7 është ngjyrosur me rozë. Figura majtas në rreshtin e fundit tregon një prezantim të përgjithshëm të kompleksit nëpërmjet cryo-EM. Tre imazhet e tjera paraqesin kompleksin në tre plane te ndryshme.

Referenca:

Gao et al.,, Structure of the RNA-dependent RNA polymerase from COVID-19 virus, https://science.sciencemag.org/content/early/2020/04/09/science.abb7498?utm_campaign=SciMag&utm_source=JHubbard&utm_medium=Facebook , Science, 10 April 2020, 10.1126/science.abb7498