Analyse von Protein-RNA-Komplexen von SARS-CoV-2
SARS-CoV-2 ist wie alle Coronaviren ein RNA-Virus mit einzelsträngiger RNA. Die Interaktionen zwischen den Proteinen des Virus und seiner RNA sind zentral für die Grundfunktionen des Virus, insbesondere die Replikation in der Wirtszelle. Mit diesem Projekt werden diese Wechselwirkungen untersucht – mit dem Ziel, neue Wege für die Entwicklung von Medikamenten zu eröffnen.
Hintergrund
Wie Proteine und RNA in Coronaviren interagieren, ist noch weitgehend unbekannt, obwohl dies Ansätze für bessere Behandlungen eröffnen könnte. In den vergangenen Jahren haben unsere Gruppen gemeinsam einen innovativen, schnellen und empfindlichen Ansatz zur Analyse der Protein-RNA-Interaktionen entwickelt. Im vorliegenden Projekt werden wir diese Methode auf SARS-CoV-2 anwenden und die Daten für die Ausrichtung der Wirkstoffentwicklung nutzen. Ein Teil dieser Arbeit wird in Zusammenarbeit mit dem internationalen Konsortium COVID19-NMR durchgeführt (covid19-nmr.de).
Forschungsziele
In einem ersten Schritt werden wir strukturbiologische Methoden verwenden, um die Protein-RNA-Wechselwirkungen von zwei wichtigen Virenproteinen zu untersuchen. Wir werden verschiedene experimentelle und Bioinformatik-Methoden kombinieren, um die exakten Bindungsstellen in den Komplexen zu lokalisieren. In einem zweiten Schritt wird uns diese Lokalisierung helfen, Substanzen zu finden, die spezifisch diese Bindung verhindern.
Erwartete Ergebnisse und Produkte
Zu Beginn werden wir uns auf das Nukleokapsid-Protein (N) und das CoV-Nicht-Strukturprotein Nsp3 konzentrieren. Wir werden die Magnetresonanztomographie (NMR) und die UV-Crosslinking-Massenspektrometrie (XL-MS) kombinieren, um schneller als mit konventionellen Methoden Informationen über die Protein-RNA-Interaktionsstellen in den Zielproteinen zu gewinnen. Zusätzlich können wir so Teile der Struktur des gesamten Protein-RNA-Komplexes aufklären. In der zweiten Etappe des Projekts wird geprüft, ob bestimmte Interaktionsstellen durch Wirkstoffe verändert werden können. Dazu testen wir Verbindungen einer Wirkstoff-Bibliothek auf ihre Fähigkeit, die Protein-RNA-Wechselwirkungen zu beeinflussen.
Beitrag zur Bewältigung der aktuellen Pandemie
Die Entwicklung wirksamer Impfstoffe und Medikamente zur Behandlung von COVID-19 gehört zu den wichtigsten Ansätzen für die Bewältigung der Pandemie. Derzeit sehen die Fortschritte in der Impfstoffentwicklung vielversprechend aus, es ist jedoch noch nicht klar, wie lange die Immunität anhalten wird und ob Mutationen des Virus die Wirksamkeit der Impfung schmälern werden. Unser Beitrag zur Wirkstoffentwicklung konzentriert sich auf eine spezifische Art von Interaktion zwischen Biomolekülen und unterscheidet sich damit von allgemeineren, häufiger verwendeten Strategien. Überdies werden wir Erkenntnisse zur Struktur des Virus generieren, die wichtig zum Verständnis grundlegender Aspekte der Biologie von SARS-CoV-2 sind.
Originaltitel
Rapid Hybrid Structure Determination of Coronavirus Protein-RNA Complexes as a Basis for Drug Screening for the Treatment of COVID-19