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Gezielte RNA-Blockade bremst Coronavirus SARS-CoV-2
Das Coronavirus SARS-CoV-2 benötigt präzise Kontakte zwischen seinem RNA-Erbgut und mehreren Virusproteinen. Eine neue Kartierung dieser Bindungsstellen hat bislang wenig beachtete Schaltstellen sichtbar gemacht. Werden solche RNA-Abschnitte mit speziell entworfenen Molekülen blockiert, vermehrt sich das Virus in Zellkulturen deutlich schlechter. Daraus könnten neue Ansätze für antivirale Wirkstoffe entstehen.
Riverside (U.S.A.). Das Erbgut von SARS-CoV-2 besteht aus RNA, die dem Virus zugleich als Bauanleitung für Proteine und als Vorlage für neue Erbgutkopien dient. Damit diese Vorgänge funktionieren, müssen bestimmte Virusproteine an passenden RNA-Abschnitten andocken. Einige dieser Kontakte sind bereits bekannt, doch viele ihrer Funktionen während einer Infektion waren bisher unklar.
Schon verfügbare Medikamente gegen COVID-19 greifen in die Vermehrungsmaschinerie ein, etwa indem sie das Enzym zur Vervielfältigung der Virus-RNA hemmen. Weitere Angriffspunkte könnten sich aus den RNA-Kontakten ergeben, von denen die Vermehrung des Erregers abhängt. Besonders interessant sind dabei Abschnitte, die sich bei der Evolution verwandter Coronaviren nur wenig verändern.
Forscher der University of California, Riverside (UCR) um Joy S. Xiang haben untersucht, wo drei wichtige Proteine an das Erbgut von SARS-CoV-2 binden. Dafür nutzten sie das Verfahren eCLIP, bei dem die direkten Kontakte zwischen Proteinen und RNA in infizierten Zellen erfasst und anschließend sequenziert werden. Die Kartierung erfolgte sechs und 48 Stunden nach der Infektion von Nierenzellen der Grünen Meerkatze.
Im Mittelpunkt standen NSP12, das Enzym für die RNA-Vervielfältigung, dessen Helferprotein NSP8 und das Nukleokapsidprotein N. Während NSP8 und NSP12 besonders an den Enden beider RNA-Stränge andockten, verteilten sich die Kontakte des N-Proteins im späteren Infektionsverlauf über große Teile des Erbguts. Diese Muster passen zu den Aufgaben der Proteine bei der Vervielfältigung und Verpackung des viralen Erbguts.
Eine auffällige Bindungsstelle von NSP12 lag innerhalb der RNA-Sequenz, die für einen Teil des Virusproteins NSP3 codiert. Dieser Abschnitt gehört zur konservierten Y1-Region und beeinflusste in zusätzlichen Tests die Menge bestimmter RNA-Moleküle und Proteine. Wie die Bindung diesen Effekt genau hervorruft, ist allerdings noch nicht abschließend geklärt.
Das N-Protein wiederum kontaktierte eine gefaltete Struktur am Anfang des Virus-Erbguts, die an der Steuerung der Proteinherstellung beteiligt ist. Außerdem band es nahe einer weiteren RNA-Struktur, an der die molekulare Übersetzungsmaschinerie ihren Leserahmen verschiebt. Solche Verschiebungen bestimmen, in welchem Verhältnis das Virus verschiedene Proteine herstellen kann.
„Viren wirken auf den ersten Blick einfacher als Menschen, aber ihrer Molekularbiologie liegt eine große Komplexität zugrunde, die wir gerade erst zu entschlüsseln beginnen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass virale RNA grundlegende zelluläre Prozesse stärker regulieren könnte, als wir bisher angenommen haben“, erklärt Prof. Gene W. Yeo von der University of California San Diego (UC San Diego).
Die Versuche legen damit nahe, dass einzelne Kontaktstellen mehr leisten, als Virusproteine lediglich an das Erbgut zu binden. Sie können offenbar beeinflussen, welche RNA-Abschnitte erhalten bleiben und wie daraus Proteine entstehen. Nicht für jeden beobachteten Zusammenhang ist der genaue molekulare Mechanismus bereits geklärt.
Um die Bedeutung der gefundenen Stellen zu testen, setzten die Forscher kurze, chemisch stabilisierte Nukleinsäurestücke ein. Diese sogenannten Locked Nucleic Acids (LNA) binden an passende Bereiche der Virus-RNA und können dort deren Struktur oder den Kontakt zu einem Protein stören. Die Moleküle richteten sich unter anderem gegen die Bindungsstellen von NSP12 und N.