Untersuchung der Coronavirus-Struktur zur Verbesserung der Wirksamkeit antiviraler Arzneimittel
Mehr als ein Jahr nach dem ersten Auftreten des SARS-CoV-2-Virus kämpft die Welt immer noch gegen die von ihm verursachte Pandemie. Forschende haben in diesem Kampf um wirksame Medikamente und Impfstoffe gegen COVID-19 daran gearbeitet, die Struktur des Virus und seine Replikation zu identifizieren. Vielversprechende, vom EU-finanzierten Projekt TRANSREGULON (Structural biology of mammalian transcription regulation) unterstützte Forschungsarbeiten haben nun Einblicke in das SARS-CoV-2-Virus auf atomarer Ebene gewährt. Forschungen eines Teams des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie in Deutschland haben es ermöglicht, die Hemmmechanismen von COVID-19-Medikamenten wie Remdesivir zu analysieren. Mit zusätzlicher Unterstützung des EU-finanzierten Projekts illumizymes (Illuminating aptamers and ribozymes for biomolecular tagging and fluorogen activation) hat das Team gemeinsam mit Forschenden der Julius-Maximilians-Universität Würzburg gezeigt, dass Remdesivir die Replikation des Coronavirus zwar verlangsamen, aber nicht stoppen kann.
Wertvoller Einblick in die Virusstruktur
Zur Identifikation der Struktur des SARS-CoV-2-Spike-Proteins bei nahezu atomarer Auflösung wurde Kryo-Elektronenmikroskopie verwendet. Bei der Analyse der Proteineigenschaften in seiner natürlichen Umgebung stellte das Forschungsteam fest, dass der das Protein an der Oberfläche des Virus verankernde Stiel in Wirklichkeit recht flexibel ist. Laut einem auf der Website des Projektkoordinators von TRANSREGULON, der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, veröffentlichten Artikel „ergaben die Analysen außerdem, dass an den oberen Teil des Spike-Proteins Antikörper gut binden können, während andere Stellen des Proteins durch Zuckerketten vor der Erkennung durch das Immunsystem geschützt sind.“ Diese Informationen sind für die Feststellung wertvoll, in welchen Bereichen Impfstoffe oder antivirale Medikamente eingesetzt werden können.
Wirksamkeit antiviraler Medikamente besser verstehen
Neue Einblicke in jahrelange Forschungen zu RNA-Polymerasen – welche im obigen Artikel als „Kopiermaschinen“ für genetisches Material bezeichnet werden – halfen Forschenden am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, die Struktur der RNA-Polymerase des SARS-CoV-2-Virus schnell zu identifizieren. „Nach Ausbruch der Pandemie hat sich eine einmalige Dynamik entwickelt, innerhalb kürzester Zeit molekulare Details sichtbar zu machen“, erklärt der Direktor des Max-Planck-Instituts, Prof. Patrick Cramer, im selben Artikel. Dieses Wissen hat es ermöglicht zu analysieren, wie die SARS-CoV-2-Polymerase mit antiviralen Arzneimitteln wie Remdesivir interagiert. Obwohl es sich um ein EU-zugelassenes Medikament zur Behandlung von COVID-19 handelt, ist Remdesivir nicht sehr wirksam. Gemeinsam haben die Julius-Maximilians-Universität und das Max-Planck-Forschungsteam gezeigt, dass Remdesivir bei der Einbindung in den SARS-CoV-2-RNA-Strang die Fortsetzung der RNA-Polymerase hemmt, jedoch nur vorübergehend. Dies bedeutet, dass das Medikament zwar die Replikation des Virus verlangsamen, es jedoch nicht vollständig stoppen kann. „Wir erhalten hier einzigartige Einblicke in mechanistische Details, die uns ein neues Verständnis der Krankheit geben“, bemerkt Prof. Cramer. Das Team möchte nun untersuchen, wie die RNA-Polymerase des Virus mit anderen bekannten antiviralen Medikamenten interagiert. Die Studie zur Virusstruktur wurde in der Zeitschrift „Nature“ veröffentlicht, während die Studie zu den Hemmungsmechanismen von Remdesivir in der Zeitschrift „Nature Communications“ gefunden werden kann. Diese Studien wurden teilweise aus den Projekten illumizymes und TRANSREGULON finanziert. illumizymes-Projektwebsite TRANSREGULON-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
illumizymes, TRANSREGULON, Coronavirus, COVID-19, SARS-CoV-2, Virus, Remdesivir