Новое исследование показало, что генетический механизм человека, захваченный SARS-CoV-2, коронавирусом, стоящим за пандемией COVID-19, чтобы помочь ему распространиться, также делает его уязвимым для нового класса кандидатов в лекарства.
Исследовательская группа под руководством исследователей из Медицинской школы им. Гроссмана Нью-Йоркского университета показала, что размножение коронавируса в инфицированных клетках человека требует химических изменений, производимых человеческим белком METTL3 в РНК, ключевой форме генетического материала. Было обнаружено, что дополнительные человеческие белки, участвующие в распознавании модифицированной РНК, YTHDF1 и YTHDF3, также важны для этого процесса.
Исследование, опубликованное 24 июня в журнале Genes and Development, впервые показало, что молекулярный ингибитор METTL3, разработанный Storm Therapeutics Ltd и названный STM2457, резко снижает в культурах клеток репликацию как пандемического SARS-CoV-2, так и, менее тяжелый сезонный коронавирус, HCoV-OC43, одна из причин простуды.
"Наши результаты представляют собой первый раз, когда было показано, что химический ингибитор METTL3 оказывает противовирусное действие в отношении коронавирусов или любого другого вируса," говорит старший автор исследования Ян Мор, Ph.D., профессор кафедры микробиологии NYU Langone Health. "Это представляет собой необходимый шаг в разработке лекарств, определяет новые цели и раскрывает неожиданную стратегию остановки жизненного цикла коронавируса."
Обращение слабых сторон вирусов против них
Настоящее исследование основывается на растущем понимании регуляции генов. Давно установлено, что последовательности As, Gs, Cs и Ts, молекулярных букв в коде ДНК генов, копируются в молекулы информационной РНК (мРНК), которые переносят информацию в механизм, который определяет, какие белки образуются. Лишь недавно стала очевидной важность химической модификации мРНК для контроля производства белка. В некоторых случаях этот процесс контролируется присоединением метильной группы (один углерод и три атома водорода) к цепи РНК, что отключает это генетическое сообщение.
Важно отметить, что коронавирусы, которые реплицируются внутри клеток человека, как известно, кодируют полный набор своих генетических инструкций (своих геномов) в цепях РНК, что поднимает вопрос о том, могут ли ферменты модификации РНК человека, включая те, которые присоединяют метильные группы, влиять на производство вирусных вирусов. белки, которые позволяют им размножаться.
Прошлая работа в лаборатории Мора позволила выявить ферменты, определяющие, является ли A (аденозин) одним из химических веществ "письма" составляя мРНК, метилируется в положении N6 (m6A), что важно для репликации цитомегаловируса человека (HCMV), при этом ферменты m6A человека регулируют мРНК, формируя иммунный ответ на этот вирус.
В текущем исследовании группа исследователей впервые показала, что размножение SARS-CoV-2 и HCoV-OC43 требует действия не только человеческого фермента, который устанавливает метилирование m6A на РНК, METTL3, но и человеческих белков, которые связываются с этим необычным расположением метилированной РНК, YTHDF1 и YTHDF3. Примечательно, что исследователи также обнаружили, что геномы РНК обоих исследуемых коронавирусов содержат эту модификацию m6A.
Для следующего шага команда NYU Langone объединилась с британской Storm Therapeutics, которая запустила программу медицинской химии для разработки соединения, которое наилучшим образом ингибирует действие METTL3. В текущем исследовании сравнивалось действие ингибитора METTL3 STM2457 и неактивного контрольного соединения STM2120 на культуры клеток легких человека, инфицированных сезонным коронавирусом или SARS-CoV-2. Затем исследователи использовали технологию визуализации для отслеживания вирусной инфекции в тысячах клеток, обработанных различными дозами STM2457.
По сравнению с такой же концентрацией неактивного контрольного соединения самая высокая доза STM2457 снизила количество инфицированных HCoV-OC43 клеток в культуре более чем на 80 процентов, в то время как та же доза STM2457 снизила репродукцию SARS-CoV-2 более чем на 90 процентов. процентов. Дальнейшие эксперименты показали, что STM2457 снижает уровни вирусной РНК и белка, но не за счет воздействия на те же мРНК иммунного ответа человека, которые ранее были признаны важными для HCMV.
"Ингибирование коронавирусов этой молекулой действительно обнадеживает, но понимание того, почему именно коронавирусы нуждаются в модификации РНК m6A, важно и может позволить разработать соединения, которые работают еще лучше," говорит первый автор исследования Ханна Берджесс, доктор философии.D., младший научный сотрудник отделения микробиологии NYU Langone Health.
В дальнейшем исследовательская группа планирует продолжить изучение того, как модификация m6A влияет на экспрессию вируса и гена хозяина в клетках, инфицированных пандемическим или сезонным коронавирусом, и может ли STM2457 мешать репликации коронавируса и предотвращать тяжелые исходы заболеваний у животных, кроме человека.
"Мы вошли в него в надежде узнать о различиях между биологией безобидных и пандемических коронавирусных инфекций," говорит соавтор-корреспондент Ангус Уилсон, доктор философии.D., доцент кафедры микробиологии NYU Langone Health. "Во всяком случае, мы обнаружили, что оба имеют зависимость от механизма метилирования m6A. Это вселяет надежду, что ингибирование METTL3 также может быть полезно против будущих пандемических коронавирусов."