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1.
J Mol Biol ; 435(5): 167966, 2023 03 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-2180733

RESUMO

The severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) envelope (E) protein forms a pentameric ion channel in the lipid membrane of the endoplasmic reticulum Golgi intermediate compartment (ERGIC) of the infected cell. The cytoplasmic domain of E interacts with host proteins to cause virus pathogenicity and may also mediate virus assembly and budding. To understand the structural basis of these functions, here we investigate the conformation and dynamics of an E protein construct (residues 8-65) that encompasses the transmembrane domain and the majority of the cytoplasmic domain using solid-state NMR. 13C and 15N chemical shifts indicate that the cytoplasmic domain adopts a ß-sheet-rich conformation that contains three ß-strands separated by turns. The five subunits associate into an umbrella-shaped bundle that is attached to the transmembrane helices by a disordered loop. Water-edited NMR spectra indicate that the third ß-strand at the C terminus of the protein is well hydrated, indicating that it is at the surface of the ß-bundle. The structure of the cytoplasmic domain cannot be uniquely determined from the inter-residue correlations obtained here due to ambiguities in distinguishing intermolecular and intramolecular contacts for a compact pentameric assembly of this small domain. Instead, we present four structural topologies that are consistent with the measured inter-residue contacts. These data indicate that the cytoplasmic domain of the SARS-CoV-2 E protein has a strong propensity to adopt ß-sheet conformations when the protein is present at high concentrations in lipid bilayers. The equilibrium between the ß-strand conformation and the previously reported α-helical conformation may underlie the multiple functions of E in the host cell and in the virion.


Assuntos
SARS-CoV-2 , Humanos , Bicamadas Lipídicas/química , Modelos Moleculares , Conformação Proteica em Folha beta , SARS-CoV-2/química
2.
Cell Chem Biol ; 29(2): 215-225.e5, 2022 02 17.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1664751

RESUMO

Coagulation cofactors profoundly regulate hemostasis and are appealing targets for anticoagulants. However, targeting such proteins has been challenging because they lack an active site. To address this, we isolate an RNA aptamer termed T18.3 that binds to both factor V (FV) and FVa with nanomolar affinity and demonstrates clinically relevant anticoagulant activity in both plasma and whole blood. The aptamer also shows synergy with low molecular weight heparin and delivers potent anticoagulation in plasma collected from patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19). Moreover, the aptamer's anticoagulant activity can be rapidly and efficiently reversed using protamine sulfate, which potentially allows fine-tuning of aptamer's activity post-administration. We further show that the aptamer achieves its anticoagulant activity by abrogating FV/FVa interactions with phospholipid membranes. Our success in generating an anticoagulant aptamer targeting FV/Va demonstrates the feasibility of using cofactor-binding aptamers as therapeutic protein inhibitors and reveals an unconventional working mechanism of an aptamer by interrupting protein-membrane interactions.


Assuntos
Anticoagulantes/farmacologia , Aptâmeros de Nucleotídeos/farmacologia , Coagulação Sanguínea/efeitos dos fármacos , Fator V/antagonistas & inibidores , Fator Va/antagonistas & inibidores , Sequência de Aminoácidos , Anticoagulantes/química , Anticoagulantes/metabolismo , Aptâmeros de Nucleotídeos/química , Aptâmeros de Nucleotídeos/metabolismo , Pareamento de Bases , Sítios de Ligação , COVID-19/sangue , Membrana Celular/química , Membrana Celular/metabolismo , Fator V/química , Fator V/genética , Fator V/metabolismo , Fator Va/química , Fator Va/genética , Fator Va/metabolismo , Heparina de Baixo Peso Molecular/química , Heparina de Baixo Peso Molecular/metabolismo , Humanos , Soros Imunes/química , Soros Imunes/metabolismo , Modelos Moleculares , Conformação de Ácido Nucleico , Protaminas , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/crescimento & desenvolvimento , SARS-CoV-2/patogenicidade , Técnica de Seleção de Aptâmeros , Especificidade por Substrato , Tratamento Farmacológico da COVID-19
3.
Signal Transduct Target Ther ; 7(1): 23, 2022 01 25.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1655541
4.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 119(6)2022 02 08.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1650946

RESUMO

The development of small-molecules targeting different components of SARS-CoV-2 is a key strategy to complement antibody-based treatments and vaccination campaigns in managing the COVID-19 pandemic. Here, we show that two thiol-based chemical probes that act as reducing agents, P2119 and P2165, inhibit infection by human coronaviruses, including SARS-CoV-2, and decrease the binding of spike glycoprotein to its receptor, the angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2). Proteomics and reactive cysteine profiling link the antiviral activity to the reduction of key disulfides, specifically by disruption of the Cys379-Cys432 and Cys391-Cys525 pairs distal to the receptor binding motif in the receptor binding domain (RBD) of the spike glycoprotein. Computational analyses provide insight into conformation changes that occur when these disulfides break or form, consistent with an allosteric role, and indicate that P2119/P2165 target a conserved hydrophobic binding pocket in the RBD with the benzyl thiol-reducing moiety pointed directly toward Cys432. These collective findings establish the vulnerability of human coronaviruses to thiol-based chemical probes and lay the groundwork for developing compounds of this class, as a strategy to inhibit the SARS-CoV-2 infection by shifting the spike glycoprotein redox scaffold.


Assuntos
Amino Álcoois/farmacologia , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/química , Antivirais/farmacologia , Éteres Fenílicos/farmacologia , Receptores Virais/química , SARS-CoV-2/efeitos dos fármacos , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Compostos de Sulfidrila/farmacologia , Regulação Alostérica , Amino Álcoois/química , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/antagonistas & inibidores , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/genética , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/metabolismo , Antivirais/química , Sítios de Ligação , COVID-19/virologia , Linhagem Celular , Dissulfetos/antagonistas & inibidores , Dissulfetos/química , Dissulfetos/metabolismo , Relação Dose-Resposta a Droga , Humanos , Simulação de Acoplamento Molecular , Mucosa Nasal/efeitos dos fármacos , Mucosa Nasal/metabolismo , Mucosa Nasal/virologia , Oxirredução , Éteres Fenílicos/química , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Receptores Virais/antagonistas & inibidores , Receptores Virais/genética , Receptores Virais/metabolismo , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , SARS-CoV-2/genética , SARS-CoV-2/metabolismo , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/antagonistas & inibidores , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Compostos de Sulfidrila/química , Tratamento Farmacológico da COVID-19
5.
J Mol Model ; 27(11): 323, 2021 Oct 13.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1525539

RESUMO

The world has face the COVID-19 pandemic which has already caused millions of death. Due to the urgency in fighting the virus, we study five residues of free amino acids present in the structure of the SARS-CoV-2 spike protein (S). We investigated the spontaneous interaction between amino acids and silver ions (Ag+), considering these ions as a virucide chemical agent for SARS-CoV-2. The amino acid-Ag+ systems were investigated in a gaseous medium and a simulated water environment was described with a continuum model (PCM) the calculations were performed within the framework of density functional theory (DFT). Calculations related to the occupied orbitals of higher energy showed that Ag+ has a tendency to interact with the nitrile groups (-NH). The negative values of the Gibbs free energies show that the interaction process between amino acids-Ag+ in both media occurs spontaneously. There is a decrease in Gibbs free energy from the amino acid-Ag+ interactions immersed in a water solvation simulator.


Assuntos
Aminoácidos/química , Antivirais/química , Teoria da Densidade Funcional , Prata/química , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Aminoácidos/metabolismo , Antivirais/metabolismo , Sítios de Ligação , Cátions Monovalentes , Expressão Gênica , Humanos , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/química , Prata/metabolismo , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/antagonistas & inibidores , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Eletricidade Estática , Termodinâmica
6.
Infect Genet Evol ; 97: 105153, 2022 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1521407

RESUMO

Amid the ongoing COVID-19 pandemic, it has become increasingly important to monitor the mutations that arise in the SARS-CoV-2 virus, to prepare public health strategies and guide the further development of vaccines and therapeutics. The spike (S) protein and the proteins comprising the RNA-Dependent RNA Polymerase (RdRP) are key vaccine and drug targets, respectively, making mutation surveillance of these proteins of great importance. Full protein sequences were downloaded from the GISAID database, aligned, and the variants identified. 437,006 unique viral genomes were analyzed. Polymorphisms in the protein sequence were investigated and examined longitudinally to identify sequence and strain variants appearing between January 5th, 2020 and January 16th, 2021. A structural analysis was also performed to investigate mutations in the receptor binding domain and the N-terminal domain of the spike protein. Within the spike protein, there were 766 unique mutations observed in the N-terminal domain and 360 in the receptor binding domain. Four residues that directly contact ACE2 were mutated in more than 100 sequences, including positions K417, Y453, S494, and N501. Within the furin cleavage site of the spike protein, a high degree of conservation was observed, but the P681H mutation was observed in 10.47% of sequences analyzed. Within the RNA dependent RNA polymerase complex proteins, 327 unique mutations were observed in Nsp8, 166 unique mutations were observed in Nsp7, and 1157 unique mutations were observed in Nsp12. Only 4 sequences analyzed contained mutations in the 9 residues that directly interact with the therapeutic Remdesivir, suggesting limited mutations in drug interacting residues. The identification of new variants emphasizes the need for further study on the effects of the mutations and the implications of increased prevalence, particularly for vaccine or therapeutic efficacy.


Assuntos
COVID-19/epidemiologia , RNA-Polimerase RNA-Dependente de Coronavírus/química , Genoma Viral , Mutação , SARS-CoV-2/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Proteínas não Estruturais Virais/química , Monofosfato de Adenosina/análogos & derivados , Monofosfato de Adenosina/química , Monofosfato de Adenosina/farmacologia , África/epidemiologia , Alanina/análogos & derivados , Alanina/química , Alanina/farmacologia , Substituição de Aminoácidos , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/genética , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/metabolismo , Antivirais/química , Antivirais/farmacologia , Ásia/epidemiologia , Sítios de Ligação , COVID-19/virologia , RNA-Polimerase RNA-Dependente de Coronavírus/genética , RNA-Polimerase RNA-Dependente de Coronavírus/metabolismo , Bases de Dados Factuais , Monitoramento Epidemiológico , Europa (Continente)/epidemiologia , Evolução Molecular , Furina/genética , Furina/metabolismo , Expressão Gênica , Humanos , Simulação de Acoplamento Molecular , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/classificação , SARS-CoV-2/patogenicidade , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/antagonistas & inibidores , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Estados Unidos/epidemiologia , Proteínas não Estruturais Virais/genética , Proteínas não Estruturais Virais/metabolismo , Tratamento Farmacológico da COVID-19
7.
Infect Genet Evol ; 97: 105128, 2022 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1500148

RESUMO

The scientific community has been releasing whole genomic sequences of SARS-CoV-2 to facilitate the investigation of molecular features and evolutionary history. We retrieved 36 genomes of 18 prevalent countries of Asia, Europe and America for genomic diversity and mutational analysis. Besides, we studied mutations in the RBD regions of Spike (S) proteins to analyze the drug efficiency against these mutations. In this research, phylogenenetic analysis, evolutionary modeling, substitution pattern analysis, molecular docking, dynamics simulation, etc. were performed. The genomic sequences showed >99% similarity with the reference sequence of China.TN93 + G was predicted as a best nucleotide substitution model. It was revealed that effective transition from the co-existing SARS genome to the SARS-CoV-2 and a noticeable positive selection in the SARS-CoV-2 genomes occurred. Moreover, three mutations in RBD domain, Val/ Phe367, Val/ Leu 382 and Ala/ Val522, were discovered in the genomes from Netherland, Bangladesh and the USA, respectively. Molecular docking and dynamics study showed RBD with mutation Val/Leu382 had the lowest binding affinity with remdesivir. In conclusion, the SARS-CoV-2 genomes are similar, but multiple degrees of transitions and transversions occurred. The mutations cause a significant conformational change, which are needed to be investigated during drug and vaccine development.


Assuntos
Monofosfato de Adenosina/análogos & derivados , Alanina/análogos & derivados , Antivirais/química , COVID-19/epidemiologia , Genoma Viral , Mutação , SARS-CoV-2/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Monofosfato de Adenosina/química , Monofosfato de Adenosina/farmacologia , Alanina/química , Alanina/farmacologia , Substituição de Aminoácidos , Antivirais/farmacologia , Bangladesh/epidemiologia , Sítios de Ligação , COVID-19/virologia , China/epidemiologia , Evolução Molecular , Expressão Gênica , Humanos , Funções Verossimilhança , Simulação de Acoplamento Molecular , Simulação de Dinâmica Molecular , Países Baixos/epidemiologia , Filogenia , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/classificação , SARS-CoV-2/patogenicidade , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/antagonistas & inibidores , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Estados Unidos/epidemiologia , Tratamento Farmacológico da COVID-19
8.
J Virol ; 95(16): e0061721, 2021 07 26.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1486509

RESUMO

The current pandemic of COVID-19 is caused by a novel coronavirus, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). The SARS-CoV-2 spike protein receptor-binding domain (RBD) is the critical determinant of viral tropism and infectivity. To investigate whether naturally occurring RBD mutations during the early transmission phase have altered the receptor binding affinity and infectivity, we first analyzed in silico the binding dynamics between SARS-CoV-2 RBD mutants and the human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor. Among 32,123 genomes of SARS-CoV-2 isolates (December 2019 through March 2020), 302 nonsynonymous RBD mutants were identified and clustered into 96 mutant types. The six dominant mutations were analyzed applying molecular dynamics simulations (MDS). The mutant type V367F continuously circulating worldwide displayed higher binding affinity to human ACE2 due to the enhanced structural stabilization of the RBD beta-sheet scaffold. The MDS also indicated that it would be difficult for bat SARS-like CoV to infect humans. However, the pangolin CoV is potentially infectious to humans. The increased infectivity of V367 mutants was further validated by performing receptor-ligand binding enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), surface plasmon resonance, and pseudotyped virus assays. Phylogenetic analysis of the genomes of V367F mutants showed that during the early transmission phase, most V367F mutants clustered more closely with the SARS-CoV-2 prototype strain than the dual-mutation variants (V367F+D614G), which may derivate from recombination. The analysis of critical RBD mutations provides further insights into the evolutionary trajectory of early SARS-CoV-2 variants of zoonotic origin under negative selection pressure and supports the continuing surveillance of spike mutations to aid in the development of new COVID-19 drugs and vaccines. IMPORTANCE A novel coronavirus, severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), has caused the pandemic of COVID-19. The origin of SARS-CoV-2 was associated with zoonotic infections. The spike protein receptor-binding domain (RBD) is identified as the critical determinant of viral tropism and infectivity. Thus, whether mutations in the RBD of the circulating SARS-CoV-2 isolates have altered the receptor binding affinity and made them more infectious has been the research hot spot. Given that SARS-CoV-2 is a novel coronavirus, the significance of our research is in identifying and validating the RBD mutant types emerging during the early transmission phase and increasing human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) receptor binding affinity and infectivity. Our study provides insights into the evolutionary trajectory of early SARS-CoV-2 variants of zoonotic origin. The continuing surveillance of RBD mutations with increased human ACE2 affinity in human or other animals is critical to the development of new COVID-19 drugs and vaccines against these variants during the sustained COVID-19 pandemic.


Assuntos
Substituição de Aminoácidos , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/genética , COVID-19/transmissão , Mutação , SARS-CoV-2/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/química , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/metabolismo , Sítios de Ligação , COVID-19/patologia , COVID-19/virologia , Expressão Gênica , Interações Hospedeiro-Patógeno/genética , Humanos , Cinética , Simulação de Dinâmica Molecular , Fenilalanina/química , Fenilalanina/metabolismo , Filogenia , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/classificação , SARS-CoV-2/metabolismo , SARS-CoV-2/patogenicidade , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Termodinâmica , Valina/química , Valina/metabolismo , Virulência , Ligação Viral
9.
Curr Top Med Chem ; 21(16): 1429-1438, 2021 Oct 25.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1468281

RESUMO

As a part of the efforts to quickly develop pharmaceutical treatments for COVID-19 through repurposing existing drugs, some researchers around the world have combined the recently released crystal structure of SARS-CoV-2 Mpro in complex with a covalently bonded inhibitor with virtual screening procedures employing molecular docking approaches. In this context, protease inhibitors (PIs) clinically available and currently used to treat infectious diseases, particularly viral ones, are relevant sources of promising drug candidates to inhibit the SARS-CoV-2 Mpro, a key viral enzyme involved in crucial events during its life cycle. In the present perspective, we summarized the published studies showing the promising use of HIV and HCV PIs as potential repurposing drugs against the SARS-CoV-2 Mpro.


Assuntos
Antivirais/farmacologia , Tratamento Farmacológico da COVID-19 , Proteínas M de Coronavírus/antagonistas & inibidores , Reposicionamento de Medicamentos , Inibidores de Proteases/farmacologia , SARS-CoV-2/efeitos dos fármacos , Antivirais/química , Sítios de Ligação , COVID-19/virologia , Proteínas M de Coronavírus/química , Proteínas M de Coronavírus/genética , Proteínas M de Coronavírus/metabolismo , Humanos , Cinética , Modelos Moleculares , Terapia de Alvo Molecular , Inibidores de Proteases/química , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Ensaios Clínicos Controlados Aleatórios como Assunto , SARS-CoV-2/enzimologia , SARS-CoV-2/genética , Termodinâmica
10.
Mol Syst Biol ; 17(9): e10079, 2021 09.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1406892

RESUMO

We modeled 3D structures of all SARS-CoV-2 proteins, generating 2,060 models that span 69% of the viral proteome and provide details not available elsewhere. We found that ˜6% of the proteome mimicked human proteins, while ˜7% was implicated in hijacking mechanisms that reverse post-translational modifications, block host translation, and disable host defenses; a further ˜29% self-assembled into heteromeric states that provided insight into how the viral replication and translation complex forms. To make these 3D models more accessible, we devised a structural coverage map, a novel visualization method to show what is-and is not-known about the 3D structure of the viral proteome. We integrated the coverage map into an accompanying online resource (https://aquaria.ws/covid) that can be used to find and explore models corresponding to the 79 structural states identified in this work. The resulting Aquaria-COVID resource helps scientists use emerging structural data to understand the mechanisms underlying coronavirus infection and draws attention to the 31% of the viral proteome that remains structurally unknown or dark.


Assuntos
Enzima de Conversão de Angiotensina 2/metabolismo , Interações Hospedeiro-Patógeno/genética , Processamento de Proteína Pós-Traducional , SARS-CoV-2/metabolismo , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Sistemas de Transporte de Aminoácidos Neutros/química , Sistemas de Transporte de Aminoácidos Neutros/genética , Sistemas de Transporte de Aminoácidos Neutros/metabolismo , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/química , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/genética , Sítios de Ligação , COVID-19/genética , COVID-19/metabolismo , COVID-19/virologia , Biologia Computacional/métodos , Proteínas do Envelope de Coronavírus/química , Proteínas do Envelope de Coronavírus/genética , Proteínas do Envelope de Coronavírus/metabolismo , Proteínas do Nucleocapsídeo de Coronavírus/química , Proteínas do Nucleocapsídeo de Coronavírus/genética , Proteínas do Nucleocapsídeo de Coronavírus/metabolismo , Humanos , Proteínas de Transporte da Membrana Mitocondrial/química , Proteínas de Transporte da Membrana Mitocondrial/genética , Proteínas de Transporte da Membrana Mitocondrial/metabolismo , Proteínas do Complexo de Importação de Proteína Precursora Mitocondrial , Modelos Moleculares , Mimetismo Molecular , Neuropilina-1/química , Neuropilina-1/genética , Neuropilina-1/metabolismo , Fosfoproteínas/química , Fosfoproteínas/genética , Fosfoproteínas/metabolismo , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Mapeamento de Interação de Proteínas/métodos , Multimerização Proteica , SARS-CoV-2/química , SARS-CoV-2/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Proteínas da Matriz Viral/química , Proteínas da Matriz Viral/genética , Proteínas da Matriz Viral/metabolismo , Proteínas Viroporinas/química , Proteínas Viroporinas/genética , Proteínas Viroporinas/metabolismo , Replicação Viral
11.
Nat Commun ; 12(1): 5407, 2021 09 13.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1406389

RESUMO

Most of the ongoing projects aimed at the development of specific therapies and vaccines against COVID-19 use the SARS-CoV-2 spike (S) protein as the main target. The binding of the spike protein with the ACE2 receptor (ACE2) of the host cell constitutes the first and key step for virus entry. During this process, the receptor binding domain (RBD) of the S protein plays an essential role, since it contains the receptor binding motif (RBM), responsible for the docking to the receptor. So far, mostly biochemical methods are being tested in order to prevent binding of the virus to ACE2. Here we show, with the help of atomistic simulations, that external electric fields of easily achievable and moderate strengths can dramatically destabilise the S protein, inducing long-lasting structural damage. One striking field-induced conformational change occurs at the level of the recognition loop L3 of the RBD where two parallel beta sheets, believed to be responsible for a high affinity to ACE2, undergo a change into an unstructured coil, which exhibits almost no binding possibilities to the ACE2 receptor. We also show that these severe structural changes upon electric-field application also occur in the mutant RBDs corresponding to the variants of concern (VOC) B.1.1.7 (UK), B.1.351 (South Africa) and P.1 (Brazil). Remarkably, while the structural flexibility of S allows the virus to improve its probability of entering the cell, it is also the origin of the surprising vulnerability of S upon application of electric fields of strengths at least two orders of magnitude smaller than those required for damaging most proteins. Our findings suggest the existence of a clean physical method to weaken the SARS-CoV-2 virus without further biochemical processing. Moreover, the effect could be used for infection prevention purposes and also to develop technologies for in-vitro structural manipulation of S. Since the method is largely unspecific, it can be suitable for application to other mutations in S, to other proteins of SARS-CoV-2 and in general to membrane proteins of other virus types.


Assuntos
SARS-CoV-2/metabolismo , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo , Enzima de Conversão de Angiotensina 2 , Sítios de Ligação , COVID-19/prevenção & controle , Vacinas contra COVID-19 , Humanos , Ligação Proteica/efeitos dos fármacos , Conformação Proteica , Conformação Proteica em Folha beta , Receptores Virais/metabolismo , Internalização do Vírus/efeitos dos fármacos
12.
J Med Virol ; 93(9): 5350-5357, 2021 Sep.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1384240

RESUMO

PARP14 and PARP9 play a key role in macrophage immune regulation. SARS-CoV-2 is an emerging viral disease that triggers hyper-inflammation known as a cytokine storm. In this study, using in silico tools, we hypothesize about the immunological phenomena of molecular mimicry between SARS-CoV-2 Nsp3 and the human PARP14 and PARP9. The results showed an epitope of SARS-CoV-2 Nsp3 protein that contains consensus sequences for both human PARP14 and PARP9 that are antigens for MHC Classes 1 and 2, which can potentially induce an immune response against human PARP14 and PARP9; while its depletion causes a hyper-inflammatory state in SARS-CoV-2 patients.


Assuntos
COVID-19/imunologia , Proteases Semelhantes à Papaína de Coronavírus/química , Síndrome da Liberação de Citocina/imunologia , Proteínas de Neoplasias/química , Poli(ADP-Ribose) Polimerases/química , SARS-CoV-2/imunologia , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , COVID-19/genética , COVID-19/patologia , COVID-19/virologia , Simulação por Computador , Sequência Consenso , Proteases Semelhantes à Papaína de Coronavírus/genética , Proteases Semelhantes à Papaína de Coronavírus/imunologia , Síndrome da Liberação de Citocina/genética , Síndrome da Liberação de Citocina/patologia , Síndrome da Liberação de Citocina/virologia , Epitopos/química , Epitopos/genética , Epitopos/imunologia , Expressão Gênica , Antígenos de Histocompatibilidade Classe I/química , Antígenos de Histocompatibilidade Classe I/genética , Antígenos de Histocompatibilidade Classe I/imunologia , Antígenos de Histocompatibilidade Classe II/química , Antígenos de Histocompatibilidade Classe II/genética , Antígenos de Histocompatibilidade Classe II/imunologia , Interações Hospedeiro-Patógeno/genética , Interações Hospedeiro-Patógeno/imunologia , Humanos , Macrófagos/imunologia , Macrófagos/virologia , Simulação de Acoplamento Molecular , Mimetismo Molecular , Proteínas de Neoplasias/genética , Proteínas de Neoplasias/imunologia , Poli(ADP-Ribose) Polimerases/genética , Poli(ADP-Ribose) Polimerases/imunologia , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/genética , SARS-CoV-2/patogenicidade , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Termodinâmica
13.
Molecules ; 25(19)2020 Oct 06.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1389458

RESUMO

A novel series of some hydrazones bearing thiazole moiety were generated via solvent-drop grinding of thiazole carbohydrazide 2 with various carbonyl compounds. Also, dehydrative-cyclocondensation of 2 with active methylene compounds or anhydrides gave the respective pyarzole or pyrazine derivatives. The structures of the newly synthesized compounds were established based on spectroscopic evidences and their alternative syntheses. Additionally, the anti-viral activity of all the products was tested against SARS-CoV-2 main protease (Mpro) using molecular docking combined with molecular dynamics simulation (MDS). The average binding affinities of the compounds 3a, 3b, and 3c (-8.1 ± 0.33 kcal/mol, -8.0 ± 0.35 kcal/mol, and -8.2 ± 0.21 kcal/mol, respectively) are better than that of the positive control Nelfinavir (-6.9 ± 0.51 kcal/mol). This shows the possibility of these three compounds to effectively bind to SARS-CoV-2 Mpro and hence, contradict the virus lifecycle.


Assuntos
Antivirais/síntese química , Betacoronavirus/enzimologia , Hidrazonas/síntese química , Inibidores de Proteases/síntese química , Pirazinas/síntese química , Pirazóis/síntese química , Proteínas não Estruturais Virais/antagonistas & inibidores , Antivirais/farmacologia , Betacoronavirus/química , Betacoronavirus/efeitos dos fármacos , Sítios de Ligação , COVID-19 , Proteases 3C de Coronavírus , Infecções por Coronavirus/tratamento farmacológico , Cisteína Endopeptidases/química , Cisteína Endopeptidases/metabolismo , Descoberta de Drogas , Humanos , Hidrazonas/farmacologia , Simulação de Acoplamento Molecular , Simulação de Dinâmica Molecular , Pandemias , Pneumonia Viral/tratamento farmacológico , Inibidores de Proteases/farmacologia , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Pirazinas/farmacologia , Pirazóis/farmacologia , SARS-CoV-2 , Termodinâmica , Interface Usuário-Computador , Proteínas não Estruturais Virais/química , Proteínas não Estruturais Virais/metabolismo
14.
Proc Natl Acad Sci U S A ; 118(36)2021 09 07.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1366850

RESUMO

To investigate the evolution of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in the immune population, we coincupi bated the authentic virus with a highly neutralizing plasma from a COVID-19 convalescent patient. The plasma fully neutralized the virus for seven passages, but, after 45 d, the deletion of F140 in the spike N-terminal domain (NTD) N3 loop led to partial breakthrough. At day 73, an E484K substitution in the receptor-binding domain (RBD) occurred, followed, at day 80, by an insertion in the NTD N5 loop containing a new glycan sequon, which generated a variant completely resistant to plasma neutralization. Computational modeling predicts that the deletion and insertion in loops N3 and N5 prevent binding of neutralizing antibodies. The recent emergence in the United Kingdom, South Africa, Brazil, and Japan of natural variants with similar changes suggests that SARS-CoV-2 has the potential to escape an effective immune response and that vaccines and antibodies able to control emerging variants should be developed.


Assuntos
Substituição de Aminoácidos , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/imunologia , Anticorpos Neutralizantes/imunologia , Anticorpos Antivirais/imunologia , COVID-19/imunologia , SARS-CoV-2/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/imunologia , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/química , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/genética , Animais , Anticorpos Neutralizantes/química , Anticorpos Neutralizantes/genética , Anticorpos Neutralizantes/farmacologia , Anticorpos Antivirais/química , Anticorpos Antivirais/genética , Anticorpos Antivirais/farmacologia , Sítios de Ligação , COVID-19/genética , COVID-19/virologia , Chlorocebus aethiops , Convalescença , Expressão Gênica , Humanos , Evasão da Resposta Imune , Soros Imunes/química , Modelos Moleculares , Mutação , Testes de Neutralização , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/efeitos dos fármacos , SARS-CoV-2/imunologia , SARS-CoV-2/patogenicidade , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Células Vero
15.
Cell Chem Biol ; 29(2): 239-248.e4, 2022 02 17.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1347527

RESUMO

Triggering receptor expressed on myeloid cells-2 (TREM2) is a cell surface receptor on macrophages and microglia that senses and responds to disease-associated signals to regulate the phenotype of these innate immune cells. The TREM2 signaling pathway has been implicated in a variety of diseases ranging from neurodegeneration in the central nervous system to metabolic disease in the periphery. Here, we report that TREM2 is a thyroid hormone-regulated gene and its expression in macrophages and microglia is stimulated by thyroid hormone and synthetic thyroid hormone agonists (thyromimetics). Our findings report the endocrine regulation of TREM2 by thyroid hormone, and provide a unique opportunity to drug the TREM2 signaling pathway with orally active small-molecule therapeutic agents.


Assuntos
Acetatos/farmacologia , Encefalomielite Autoimune Experimental/tratamento farmacológico , Glicoproteínas de Membrana/genética , Microglia/efeitos dos fármacos , Fenóis/farmacologia , Receptores Imunológicos/genética , Receptores X de Retinoides/genética , Hormônios Tireóideos/farmacologia , Acetatos/síntese química , Animais , Sítios de Ligação , Encéfalo/efeitos dos fármacos , Encéfalo/imunologia , Encéfalo/patologia , Encefalomielite Autoimune Experimental/genética , Encefalomielite Autoimune Experimental/imunologia , Encefalomielite Autoimune Experimental/patologia , Regulação da Expressão Gênica , Humanos , Imunidade Inata , Macrófagos/efeitos dos fármacos , Macrófagos/imunologia , Macrófagos/patologia , Glicoproteínas de Membrana/antagonistas & inibidores , Glicoproteínas de Membrana/imunologia , Camundongos , Camundongos Endogâmicos C57BL , Microglia/imunologia , Microglia/patologia , Modelos Moleculares , Fenóis/síntese química , Fenoxiacetatos/farmacologia , Regiões Promotoras Genéticas , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , RNA Mensageiro/antagonistas & inibidores , RNA Mensageiro/genética , RNA Mensageiro/imunologia , Receptores Imunológicos/antagonistas & inibidores , Receptores Imunológicos/imunologia , Elementos de Resposta , Receptores X de Retinoides/química , Receptores X de Retinoides/metabolismo , Transdução de Sinais
16.
Arch Virol ; 166(9): 2541-2549, 2021 Sep.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1309045

RESUMO

The SARS-CoV-2 spike protein Q677P/H mutation and furin cleavage site (FCS) have been shown to affect cell tropism and virus transmissibility. Here, we analyzed the frequency of Q677P/H and FCS point mutations in 1,144,793 human and 1042 animal spike protein sequences and from those of the emergent variants B.1.1.7, B.1.351, P.1, B.1.429 + B.1.427, and B.1.525, which were deposited in the database of the GISAID Initiative. Different genetic polymorphisms, particularly P681H and A688V, were detected in the FCS, mainly in human isolates, and otherwise, only pangolin and bat sequences had these mutations. Multiple FCS amino acid deletions such as Δ680SPRRA684 and Δ685RSVA688 were only detected in eight and four human isolates, respectively. Surprisingly, deletion of the entire FCS motif as Δ680SPRRARSVA688 and Δ680SPRRARSVAS689 was detected only in three human isolates. On the other hand, analysis of FCS from emergent variants showed no deletions in the FCS except for spike P681del, which was detected in seven B.1.1.7 isolates from the USA. Spike Q677P was detected only once in variant, B.1.1.7, whereas Q677H was detected in all variants, i.e., B.1.1.7 (n = 1938), B.1.351 (n = 28), P.1 (n = 9), B.1.429 + B.1.427 (n = 132), and B.1.525 (n = 1584). Structural modeling predicted that mutations or deletions at or near the FCS significantly alter the cleavage loop structure and would presumably affect furin binding. Taken together, our results show that Q677H and FCS point mutations are prevalent and may have various biological effects on the circulating variants. Therefore, we recommend urgent monitoring and surveillance of the investigated mutations, as well as laboratory assessment of their pathogenicity and transmissibility.


Assuntos
COVID-19/epidemiologia , Furina/metabolismo , Polimorfismo Genético , SARS-CoV-2/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Sequência de Aminoácidos , Animais , Sítios de Ligação , COVID-19/transmissão , COVID-19/virologia , Quirópteros/virologia , Monitoramento Epidemiológico , Eutérios/virologia , Evolução Molecular , Furina/química , Expressão Gênica , Humanos , Modelos Moleculares , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Proteólise , SARS-CoV-2/química , SARS-CoV-2/classificação , SARS-CoV-2/metabolismo , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo
17.
Structure ; 29(7): 655-663.e4, 2021 07 01.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1263379

RESUMO

Emerging SARS-CoV-2 strains, B.1.1.7 and B.1.351, from the UK and South Africa, respectively, show decreased neutralization by monoclonal antibodies and convalescent or vaccinee sera raised against the original wild-type virus, and are thus of clinical concern. However, the neutralization potency of two antibodies, 1-57 and 2-7, which target the receptor-binding domain (RBD) of the spike, was unaffected by these emerging strains. Here, we report cryo-EM structures of 1-57 and 2-7 in complex with spike, revealing each of these antibodies to utilize a distinct mechanism to bypass or accommodate RBD mutations. Notably, each antibody represented an immune response with recognition distinct from those of frequent antibody classes. Moreover, many epitope residues recognized by 1-57 and 2-7 were outside hotspots of evolutionary pressure for ACE2 binding and neutralizing antibody escape. We suggest the therapeutic use of antibodies, such as 1-57 and 2-7, which target less prevalent epitopes, could ameliorate issues of monoclonal antibody escape.


Assuntos
Enzima de Conversão de Angiotensina 2/química , Anticorpos Monoclonais/química , Anticorpos Neutralizantes/química , Anticorpos Antivirais/química , Receptores Virais/química , SARS-CoV-2/química , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/química , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/genética , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/imunologia , Enzima de Conversão de Angiotensina 2/metabolismo , Anticorpos Monoclonais/genética , Anticorpos Monoclonais/imunologia , Anticorpos Monoclonais/metabolismo , Anticorpos Neutralizantes/genética , Anticorpos Neutralizantes/imunologia , Anticorpos Neutralizantes/metabolismo , Anticorpos Antivirais/genética , Anticorpos Antivirais/imunologia , Anticorpos Antivirais/metabolismo , Sítios de Ligação , Clonagem Molecular , Microscopia Crioeletrônica , Epitopos/química , Epitopos/genética , Epitopos/imunologia , Epitopos/metabolismo , Expressão Gênica , Células HEK293 , Humanos , Modelos Moleculares , Mutação , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Receptores Virais/genética , Receptores Virais/imunologia , Receptores Virais/metabolismo , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/imunologia , Proteínas Recombinantes/metabolismo , SARS-CoV-2/genética , SARS-CoV-2/imunologia , SARS-CoV-2/metabolismo , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/genética , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/imunologia , Glicoproteína da Espícula de Coronavírus/metabolismo
18.
Nat Commun ; 12(1): 3287, 2021 06 02.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1253936

RESUMO

The SARS-CoV-2 nsp16/nsp10 enzyme complex modifies the 2'-OH of the first transcribed nucleotide of the viral mRNA by covalently attaching a methyl group to it. The 2'-O methylation of the first nucleotide converts the status of mRNA cap from Cap-0 to Cap-1, and thus, helps the virus evade immune surveillance in host cells. Here, we report two structures of nsp16/nsp10 representing pre- and post-release states of the RNA product (Cap-1). We observe overall widening of the enzyme upon product formation, and an inward twisting motion in the substrate binding region upon product release. These conformational changes reset the enzyme for the next round of catalysis. The structures also identify a unique binding mode and the importance of a divalent metal ion for 2'-O methylation. We also describe underlying structural basis for the perturbed enzymatic activity of a clinical variant of SARS-CoV-2, and a previous SARS-CoV outbreak strain.


Assuntos
Magnésio/química , Capuzes de RNA/metabolismo , RNA Viral/metabolismo , SARS-CoV-2/genética , Proteínas não Estruturais Virais/metabolismo , Proteínas Virais Reguladoras e Acessórias/metabolismo , Sequência de Aminoácidos , Sítios de Ligação , Biocatálise , Clonagem Molecular , Cristalografia por Raios X , Escherichia coli/genética , Escherichia coli/metabolismo , Regulação Viral da Expressão Gênica , Humanos , Magnésio/metabolismo , Metilação , Metiltransferases , Modelos Moleculares , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , Capuzes de RNA/química , Capuzes de RNA/genética , RNA Viral/química , RNA Viral/genética , Proteínas Recombinantes/química , Proteínas Recombinantes/genética , Proteínas Recombinantes/metabolismo , S-Adenosilmetionina/química , S-Adenosilmetionina/metabolismo , SARS-CoV-2/enzimologia , SARS-CoV-2/ultraestrutura , Alinhamento de Sequência , Homologia de Sequência de Aminoácidos , Especificidade por Substrato , Proteínas não Estruturais Virais/química , Proteínas não Estruturais Virais/genética , Proteínas Virais Reguladoras e Acessórias/química , Proteínas Virais Reguladoras e Acessórias/genética
19.
Mol Cell ; 81(12): 2656-2668.e8, 2021 06 17.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1179919

RESUMO

A deficient interferon (IFN) response to severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) infection has been implicated as a determinant of severe coronavirus disease 2019 (COVID-19). To identify the molecular effectors that govern IFN control of SARS-CoV-2 infection, we conducted a large-scale gain-of-function analysis that evaluated the impact of human IFN-stimulated genes (ISGs) on viral replication. A limited subset of ISGs were found to control viral infection, including endosomal factors inhibiting viral entry, RNA binding proteins suppressing viral RNA synthesis, and a highly enriched cluster of endoplasmic reticulum (ER)/Golgi-resident ISGs inhibiting viral assembly/egress. These included broad-acting antiviral ISGs and eight ISGs that specifically inhibited SARS-CoV-2 and SARS-CoV-1 replication. Among the broad-acting ISGs was BST2/tetherin, which impeded viral release and is antagonized by SARS-CoV-2 Orf7a protein. Overall, these data illuminate a set of ISGs that underlie innate immune control of SARS-CoV-2/SARS-CoV-1 infection, which will facilitate the understanding of host determinants that impact disease severity and offer potential therapeutic strategies for COVID-19.


Assuntos
Antígenos CD/genética , Interações Hospedeiro-Patógeno/genética , Fatores Reguladores de Interferon/genética , Interferon Tipo I/genética , SARS-CoV-2/genética , Proteínas Virais/genética , Animais , Antígenos CD/química , Antígenos CD/imunologia , Sítios de Ligação , Linhagem Celular Tumoral , Chlorocebus aethiops , Retículo Endoplasmático/genética , Retículo Endoplasmático/imunologia , Retículo Endoplasmático/virologia , Proteínas Ligadas por GPI/química , Proteínas Ligadas por GPI/genética , Proteínas Ligadas por GPI/imunologia , Regulação da Expressão Gênica , Complexo de Golgi/genética , Complexo de Golgi/imunologia , Complexo de Golgi/virologia , Células HEK293 , Interações Hospedeiro-Patógeno/imunologia , Humanos , Imunidade Inata , Fatores Reguladores de Interferon/classificação , Fatores Reguladores de Interferon/imunologia , Interferon Tipo I/imunologia , Simulação de Acoplamento Molecular , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/imunologia , Transdução de Sinais , Células Vero , Proteínas Virais/química , Proteínas Virais/imunologia , Internalização do Vírus , Liberação de Vírus/genética , Liberação de Vírus/imunologia , Replicação Viral/genética , Replicação Viral/imunologia
20.
J Enzyme Inhib Med Chem ; 36(1): 727-736, 2021 Dec.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: covidwho-1123193

RESUMO

The novel coronavirus disease COVID-19, caused by the virus SARS CoV-2, has exerted a significant unprecedented economic and medical crisis, in addition to its impact on the daily life and health care systems all over the world. Regrettably, no vaccines or drugs are currently available for this new critical emerging human disease. Joining the global fight against COVID-19, in this study we aim at identifying a potential novel inhibitor for SARS COV-2 2'-O-methyltransferase (nsp16) which is one of the most attractive targets in the virus life cycle, responsible for the viral RNA protection via a cap formation process. Firstly, nsp16 enzyme bound to Sinefungin was retrieved from the protein data bank (PDB ID: 6WKQ), then, a 3D pharmacophore model was constructed to be applied to screen 48 Million drug-like compounds of the Zinc database. This resulted in only 24 compounds which were subsequently docked into the enzyme. The best four score-ordered hits from the docking outcome exhibited better scores compared to Sinefungin. Finally, three molecular dynamics (MD) simulation experiments for 150 ns were carried out as a refinement step for our proposed approach. The MD and MM-PBSA outputs revealed compound 11 as the best potential nsp16 inhibitor herein identified, as it displayed a better stability and average binding free energy for the ligand-enzyme complex compared to Sinefungin.


Assuntos
Antivirais/química , Inibidores Enzimáticos/química , SARS-CoV-2/enzimologia , Proteínas não Estruturais Virais/química , Adenosina/análogos & derivados , Adenosina/química , Adenosina/metabolismo , Antivirais/metabolismo , Sítios de Ligação , Cristalografia por Raios X , Bases de Dados de Produtos Farmacêuticos , Bases de Dados de Proteínas , Estabilidade de Medicamentos , Inibidores Enzimáticos/metabolismo , Ensaios de Triagem em Larga Escala , Humanos , Cinética , Metiltransferases , Simulação de Acoplamento Molecular , Simulação de Dinâmica Molecular , Ligação Proteica , Conformação Proteica em alfa-Hélice , Conformação Proteica em Folha beta , Domínios e Motivos de Interação entre Proteínas , SARS-CoV-2/química , Termodinâmica , Proteínas não Estruturais Virais/antagonistas & inibidores
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