A collaborative team led by a research group at ETH Zurich obtained molecular insights into this process and demonstrated that it can be inhibited by chemical compounds, thereby significantly reducing viral replication in infected cells.
Viruses require the resources of an infected cell to replicate and then infect further cells, and transfer to other individuals. One essential step in the viral life cycle is production of new viral proteins based on the instructions in the viral RNA genome. Based on these construction plans, the cell’s own protein synthesis machine, called the ribosome, produces the viral proteins.
In the absence of viral infection, the ribosome moves along the RNA in strictly defined steps, reading three letters of RNA at a time. This three-letter code defines the corresponding amino acid that is being attached to the growing protein. It almost never happens that the ribosome slips one or two RNA letters forward or backward instead of following the regular three-letter steps. When such a slip of the ribosome occurs, it is called “a frameshift,” and it leads to incorrect reading of the genetic code.
Frameshifting almost never happens in our cells. It would lead to dysfunctional cellular proteins; however, certain viruses, such as coronaviruses and HIV, depend on a frameshifting event to regulate levels of viral proteins. For example, SARS-CoV-2 - the virus that causes COVID-19 - is critically dependent on frameshifting promoted by an unusual and intricate fold in the viral RNA.
Therefore, since frameshifting is essential for the virus but it almost never happens in our organism, any compound that inhibits frameshifting by targeting this RNA fold could potentially be useful as a drug to combat infection. However, so far, there is no information on how the viral RNA interacts with the ribosome to promote frameshifting, which would be important for drug development.
Detailed image of an essential process for coronavirus replication
A team of researchers from ETH Zurich and the Universities of Bern, Lausanne and Cork (in Ireland) has for the first time managed to reveal the interactions between the viral genome and the ribosome during frameshifting. Their results have just been published in the journal Science.
Using sophisticated biochemical experiments, the researchers managed to capture the ribosome at the frameshifting site of the SARS-CoV-2 RNA genome. They could then study this molecular complex using cryo-electron microscopy.
The results provided a molecular description of the process at unprecedented detail and revealed a number of novel unanticipated features. The frameshifting event causes the usually dynamic ribosome machine to adopt a strained conformation, which helped provide one of the sharpest and most accurate images of a mammalian ribosome, visualized in the process of frameshifting while reading the information from the viral genome. The researchers then followed up on their structural findings with in vitro and in vivo experiments including exploring how this process can be targeted with chemical compounds. Nenad Ban, Professor for Molecular Biology at ETH Zurich and co-author of the study, emphasizes that “The results presented here on SARS-CoV-2 will also be useful for understanding the frameshifting mechanisms in other RNA viruses”.
Possible target for antiviral drug development
The dependence of SARS-CoV-2 on this ribosomal frameshifting event could be used to develop antiviral drugs. Previous studies reported that several compounds are able to inhibit frameshifting in coronaviruses, however, this study now provides information about the effects of these compounds on levels of SARS-CoV-2 in infected cells.
In their experiments, both compounds reduced viral replication by three to four orders of magnitude and were not toxic for the treated cells. However, one of the two reduced viral replication by inhibiting ribosomal frameshifting, while the other might act through a different mechanism.
Although these compounds are currently not potent enough to be used as therapeutic drugs, this study demonstrates that inhibition of ribosomal frameshifting has a profound effect on viral replication, which paves the way for the development of better compounds. Due to the fact that all coronaviruses depend on this conserved frameshifting mechanism, a drug that targets this process may even be useful to treat infections by more distantly related coronaviruses. “Our future work will focus on understanding the cellular defense mechanisms that suppress viral frameshifting, as this could be useful for development of small compounds with similar activity,” says Ban.
NCCR «RNA & Disease»
Three of the five involved groups (Ban, Gatfield and Thiel) in this study are full members of the National Center of Competence in Research (NCCR) RNA & Disease. The NCCR „RNA & Disease – The Role of RNA Biology in Disease Mechanisms“ studies one of the most central molecules of life: RNA (ribonucleic acid) is pivotal for many vital processes and functionally much more complex than initially assumed. For instance, RNA defines the conditions, in a given cell, under which a given gene is or is not activated. If any part of this process of genetic regulation breaks down or does not run smoothly, this can cause heart disease, cancer, brain disease and metabolic disorders. The Covid-19 pandemic caused by the RNA virus SARS-CoV-2 and the mRNA vaccines developed to combat the pandemic, are recent examples for the importance of RNA in health, disease and drug development. The NCCR brings together Swiss research groups studying different aspects of RNA biology. Co-leading houses of the NCCR RNA & Disease are ETH Zurich and the University of Bern. NCCRs are a research instrument of the Swiss National Science Foundation (SNSF).
More information on RNA from the NCCR for the general public: www.molecool.ch
Reference
Bhatt PR, et al. Structural basis of ribosomal frameshifting during translation of the SARS-CoV-2 RNA genome, Science, published online May 13th 2021. DOI: 10.1126/science.abf3546
image:
The RNA (yellow) of the SARS-CoV-2 virus forms a pseudoknot structure (multicolored, bottom right) which leads to a shift in the reading frame of the ribosome (brown). In this way, the viral RNA controls the production levels of the viral proteins. For more information, see the video linked above. (Graphic: Said Sannuga, Cellscape.co.uk / ETH Zurich, The Ban Lab)
PODCAST -
https://anchor.fm/museu2009gmailcom
instragam -
edison.mariotti4018
https://www.instagram.com/edison.mariotti.4018/
Blog:
“Em meio ao caos, somente o otimista consegue ver o belo". Edison Mariotti
mas o que modifica o jeito de olhar e ouvir.
A cultura e o amor devem estar juntos.
Cultura é o que somos
Cultura é a maneira como nos expressamos
Cultura é criatividade sem limites
Cultura é que compartilhamos
A Cultura inclui o conhecimento, a arte, as crenças, a lei, a moral, os costumes e todos os hábitos e aptidões adquiridos pelo ser humano não somente em família, como também por fazer parte de um
analista de dados em linguagem de programação de código, R.
“A matemática, vista correta, possui não apenas verdade, mas também suprema beleza - uma beleza fria e austera, como a da escultura.”
frase BERTRAND RUSSEL - matemático indiano
-
Diga não a anúncio falsos.
Este relatório, tem uma garantia de verificar o endereço do LINK abaixo
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2021/05/the-achilles-heel-of-the-coronavirus.html
--br via tradutor do google
O SARS-CoV-2 é criticamente dependente de um mecanismo especial para a produção de suas proteínas. vídeo: 56 seg.
https://youtu.be/wmFnhOsgow0
Uma equipe colaborativa liderada por um grupo de pesquisa da ETH Zurich obteve uma visão molecular desse processo e demonstrou que ele pode ser inibido por compostos químicos, reduzindo significativamente a replicação viral nas células infectadas.
Os vírus requerem os recursos de uma célula infectada para se replicar e, em seguida, infectar outras células e se transferir para outros indivíduos. Uma etapa essencial no ciclo de vida viral é a produção de novas proteínas virais com base nas instruções do genoma do RNA viral. Com base nesses planos de construção, a própria máquina de síntese de proteínas da célula, chamada ribossomo, produz as proteínas virais.
Na ausência de infecção viral, o ribossomo se move ao longo do RNA em etapas estritamente definidas, lendo três letras do RNA por vez. Este código de três letras define o aminoácido correspondente que está sendo anexado à proteína em crescimento. Quase nunca acontece que o ribossomo deslize uma ou duas letras do RNA para a frente ou para trás, em vez de seguir os passos regulares de três letras. Quando ocorre esse deslize do ribossomo, ele é chamado de “frameshift” e leva à leitura incorreta do código genético.
O frameshifting quase nunca acontece em nossas células. Isso levaria a proteínas celulares disfuncionais; no entanto, certos vírus, como coronavírus e HIV, dependem de um evento de mudança de quadro para regular os níveis de proteínas virais. Por exemplo, SARS-CoV-2 - o vírus que causa COVID-19 - é criticamente dependente de frameshifting promovido por uma dobra incomum e intrincada no RNA viral.
Portanto, uma vez que a mudança de quadro é essencial para o vírus, mas quase nunca acontece em nosso organismo, qualquer composto que iniba a mudança de quadro ao direcionar essa dobra de RNA poderia ser potencialmente útil como uma droga para combater a infecção. No entanto, até o momento, não há informações sobre como o RNA viral interage com o ribossomo para promover frameshifting, o que seria importante para o desenvolvimento de medicamentos.
Imagem detalhada de um processo essencial para a replicação do coronavírus
Uma equipe de pesquisadores da ETH Zurich e das Universidades de Bern, Lausanne e Cork (na Irlanda) conseguiu pela primeira vez revelar as interações entre o genoma viral e o ribossomo durante a mudança de quadro. Seus resultados acabam de ser publicados na revista Science.
Usando experimentos bioquímicos sofisticados, os pesquisadores conseguiram capturar o ribossomo no local de mudança de quadro do genoma do RNA do SARS-CoV-2. Eles poderiam então estudar este complexo molecular usando microscopia crioeletrônica.
Os resultados forneceram uma descrição molecular do processo com detalhes sem precedentes e revelaram uma série de novos recursos imprevistos. O evento de frameshifting faz com que a máquina de ribossomo geralmente dinâmica adote uma conformação tensa, o que ajudou a fornecer uma das imagens mais nítidas e precisas de um ribossomo de mamífero, visualizada no processo de frameshifting durante a leitura das informações do genoma viral. Os pesquisadores então acompanharam suas descobertas estruturais com experimentos in vitro e in vivo, incluindo a exploração de como esse processo pode ser direcionado com compostos químicos. Nenad Ban, Professor de Biologia Molecular na ETH Zurich e coautor do estudo, enfatiza que “Os resultados apresentados aqui no SARS-CoV-2 também serão úteis para compreender os mecanismos de frameshifting em outros vírus de RNA”.
Possível alvo para o desenvolvimento de drogas antivirais
A dependência do SARS-CoV-2 neste evento de mudança de quadro ribossomal pode ser usada para desenvolver drogas antivirais. Estudos anteriores relataram que vários compostos são capazes de inibir a mudança de quadro em coronavírus; no entanto, este estudo agora fornece informações sobre os efeitos desses compostos nos níveis de SARS-CoV-2 em células infectadas.
Em seus experimentos, ambos os compostos reduziram a replicação viral em três a quatro ordens de magnitude e não foram tóxicos para as células tratadas. No entanto, um dos dois reduziu a replicação viral ao inibir a mudança de quadro ribossomal, enquanto o outro pode atuar por meio de um mecanismo diferente.
Embora esses compostos não sejam atualmente potentes o suficiente para serem usados como drogas terapêuticas, este estudo demonstra que a inibição da mudança de estrutura ribossômica tem um efeito profundo na replicação viral, o que abre caminho para o desenvolvimento de compostos melhores. Devido ao fato de que todos os coronavírus dependem desse mecanismo conservado de mudança de quadro, uma droga que tem como alvo esse processo pode até ser útil para tratar infecções por coronavírus relacionados mais distantemente. “Nosso trabalho futuro se concentrará na compreensão dos mecanismos de defesa celular que suprimem a mudança de quadro viral, pois isso pode ser útil para o desenvolvimento de pequenos compostos com atividade semelhante”, diz Ban.
NCCR «RNA e doença»
Três dos cinco grupos envolvidos (Ban, Gatfield e Thiel) neste estudo são membros plenos do Centro Nacional de Competência em Pesquisa (NCCR) RNA & Disease. O NCCR „RNA & Doença - O Papel da Biologia do RNA nos Mecanismos de Doenças“ estuda uma das moléculas mais centrais da vida: o RNA (ácido ribonucléico) é fundamental para muitos processos vitais e funcionalmente muito mais complexo do que inicialmente assumido. Por exemplo, o RNA define as condições, em uma determinada célula, sob as quais um determinado gene é ou não ativado. Se qualquer parte desse processo de regulação genética falhar ou não funcionar suavemente, isso pode causar doenças cardíacas, câncer, doenças cerebrais e distúrbios metabólicos. A pandemia Covid-19, causada pelo vírus RNA SARS-CoV-2 e as vacinas de mRNA desenvolvidas para combater a pandemia, são exemplos recentes da importância do RNA na saúde, doenças e desenvolvimento de medicamentos. O NCCR reúne grupos de pesquisa suíços que estudam diferentes aspectos da biologia do RNA. As casas co-líderes do NCCR RNA & Disease são a ETH Zurich e a University of Bern. Os NCCRs são um instrumento de pesquisa da Swiss National Science Foundation (SNSF).
www.nccr- rna-and-disease.ch
Mais informações sobre o RNA do NCCR para o público em geral: www.molecool.ch
Referência
Bhatt PR, et al. Base estrutural da mudança de quadro ribossomal durante a tradução do genoma do RNA SARS-CoV-2, Science, publicado online em 13 de maio de 2021. DOI: 10.1126 / science.abf3546
imagem:
O RNA (amarelo) do vírus SARS-CoV-2 forma uma estrutura de pseudo-nó (multicolorido, canto inferior direito) que leva a uma mudança no quadro de leitura do ribossomo (marrom). Dessa forma, o RNA viral controla os níveis de produção das proteínas virais. Para obter mais informações, consulte o vídeo no link acima. (Gráfico: Said Sannuga, Cellscape.co.uk / ETH Zurich, The Ban Lab)
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2021/05/the-achilles-heel-of-the-coronavirus.html
--ru via tradutor do google
SARS-CoV-2 критически зависит от особого механизма производства его белков. видео: 56 сек.
https://youtu.be/wmFnhOsgow0
Совместная команда под руководством исследовательской группы ETH Zurich получила молекулярное понимание этого процесса и продемонстрировала, что он может подавляться химическими соединениями, тем самым значительно снижая репликацию вируса в инфицированных клетках.
Вирусы нуждаются в ресурсах инфицированной клетки для репликации, а затем заражения других клеток и передачи другим людям. Одним из важных шагов в жизненном цикле вируса является производство новых вирусных белков на основе инструкций в геноме вирусной РНК. Основываясь на этих планах строительства, собственная машина синтеза белка клетки, называемая рибосомой, производит вирусные белки.
При отсутствии вирусной инфекции рибосома движется вдоль РНК строго определенными шагами, считывая три буквы РНК за раз. Этот трехбуквенный код определяет соответствующую аминокислоту, которая присоединяется к растущему белку. Почти никогда не бывает, чтобы рибосома скользила на одну или две буквы РНК вперед или назад вместо того, чтобы следовать обычным трехбуквенным шагам. Когда происходит такое проскальзывание рибосомы, это называется «сдвигом рамки», и это приводит к неправильному считыванию генетического кода.
Сдвиг кадра в наших клетках почти не происходит. Это привело бы к дисфункциональным клеточным белкам; однако некоторые вирусы, такие как коронавирусы и ВИЧ, зависят от события сдвига рамки считывания для регулирования уровней вирусных белков. Например, SARS-CoV-2 - вирус, вызывающий COVID-19, - критически зависит от сдвига рамки считывания, вызванного необычной и сложной укладкой вирусной РНК.
Следовательно, поскольку сдвиг рамки считывания важен для вируса, но почти никогда не происходит в нашем организме, любое соединение, которое ингибирует сдвиг рамки считывания, воздействуя на эту складку РНК, потенциально может быть полезным в качестве лекарства для борьбы с инфекцией. Однако до сих пор нет информации о том, как вирусная РНК взаимодействует с рибосомой, способствуя сдвигу рамки считывания, что было бы важно для разработки лекарств.
Подробное изображение важного процесса репликации коронавируса
Группе исследователей из ETH Zurich и университетов Берна, Лозанны и Корка (в Ирландии) впервые удалось выявить взаимодействия между вирусным геномом и рибосомой во время сдвига рамки считывания. Их результаты только что опубликованы в журнале Science.
С помощью сложных биохимических экспериментов исследователям удалось захватить рибосому в месте сдвига рамки считывания генома РНК SARS-CoV-2. Затем они могли изучить этот молекулярный комплекс с помощью криоэлектронной микроскопии.
Результаты предоставили молекулярное описание процесса с беспрецедентной детализацией и выявили ряд новых неожиданных особенностей. Событие сдвига кадра заставляет обычно динамическую рибосомную машину принимать напряженную конформацию, которая помогает обеспечить одно из самых четких и точных изображений рибосомы млекопитающих, визуализированных в процессе сдвига рамки при считывании информации из вирусного генома. Затем исследователи продолжили свои структурные открытия с помощью экспериментов in vitro и in vivo, включая изучение того, как этот процесс может быть направлен с помощью химических соединений. Ненад Бан, профессор молекулярной биологии ETH Zurich и соавтор исследования, подчеркивает, что «представленные здесь результаты по SARS-CoV-2 также будут полезны для понимания механизмов сдвига рамки считывания у других РНК-вирусов».
Возможная цель для разработки противовирусных препаратов
Зависимость SARS-CoV-2 от этого события сдвига рамки считывания рибосом может быть использована для разработки противовирусных препаратов. В предыдущих исследованиях сообщалось, что некоторые соединения способны подавлять сдвиг рамки считывания у коронавирусов, однако теперь это исследование предоставляет информацию о влиянии этих соединений на уровни SARS-CoV-2 в инфицированных клетках.
В их экспериментах оба соединения снижали репликацию вируса на три-четыре порядка величины и не были токсичными для обработанных клеток. Однако один из двух снижает репликацию вируса за счет ингибирования сдвига рамки рибосом, в то время как другой может действовать посредством другого механизма.
Хотя эти соединения в настоящее время недостаточно эффективны для использования в качестве терапевтических препаратов, это исследование демонстрирует, что ингибирование рибосомного сдвига рамки считывания оказывает глубокое влияние на репликацию вируса, что открывает путь к разработке более совершенных соединений. В связи с тем, что все коронавирусы зависят от этого консервативного механизма сдвига рамки считывания, лекарство, нацеленное на этот процесс, может даже быть полезным для лечения инфекций, вызванных более отдаленно родственными коронавирусами. «Наша будущая работа будет сосредоточена на понимании механизмов клеточной защиты, которые подавляют вирусный сдвиг рамки считывания, поскольку это может быть полезно для разработки небольших соединений с аналогичной активностью», - говорит Бан.
НКЦР «РНК и болезнь»
Три из пяти групп, участвовавших в этом исследовании (Бан, Гэтфилд и Тиль), являются полноправными членами Национального центра компетенции в исследованиях (NCCR) по РНК и болезням. NCCR «РНК и болезнь - роль биологии РНК в механизмах заболевания» изучает одну из центральных молекул жизни: РНК (рибонуклеиновая кислота) играет ключевую роль во многих жизненно важных процессах и функционально намного сложнее, чем предполагалось изначально. Например, РНК определяет условия в данной клетке, при которых данный ген активируется или не активируется. Если какая-либо часть этого процесса генетической регуляции нарушается или не проходит гладко, это может вызвать болезнь сердца, рак, болезнь мозга и нарушения обмена веществ. Пандемия Covid-19, вызванная РНК-вирусом SARS-CoV-2, и мРНК-вакцины, разработанные для борьбы с пандемией, являются недавними примерами важности РНК для здоровья, болезней и разработки лекарств. NCCR объединяет швейцарские исследовательские группы, изучающие различные аспекты биологии РНК. Ведущими организациями NCCR RNA & Disease являются ETH Zurich и Бернский университет. NCCR - это исследовательский инструмент Швейцарского национального научного фонда (SNSF).
www.nccr- rna-and-disease.ch
Дополнительная информация о РНК от NCCR для широкой публики: www.molecool.ch
Справка
Bhatt PR, et al. Структурные основы рибосомного сдвига рамки во время трансляции генома РНК SARS-CoV-2, Science, опубликовано в Интернете 13 мая 2021 года. DOI: 10.1126 / science.abf3546
изображение:
РНК (желтый) вируса SARS-CoV-2 образует структуру псевдоузла (разноцветный, внизу справа), что приводит к смещению рамки считывания рибосомы (коричневый). Таким образом, вирусная РНК контролирует уровень продукции вирусных белков. Для получения дополнительной информации см. Видео по ссылке выше. (Изображение: Саид Саннуга, Cellscape.co.uk / ETH Zurich, The Ban Lab)
https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2021/05/the-achilles-heel-of-the-coronavirus.html
Nenhum comentário:
Postar um comentário