Proteine spike

Sommario
-Cos'è e come funziona la proteina spike
-A cosa serve visualizzarne la struttura
-Attraverso quali tecniche possiamo visualizzare le proteine spike
-Spike e RBD-ACE-2

Cos’è e come funziona la proteina spike?

La proteina Spike o S (in italiano “punta” o “chiodo”) decora la superficie del virus formando delle protuberanze caratteristiche che lo fanno sembrare una corona, da cui il nome “Coronavirus”. La proteina S si suddivide in due parti:

-S1, è una regione molto flessibile e contiene il meccanismo chiamato RBD (dall’inglese receptor-binding domain, “dominio che lega il recettore”), attraverso il quale il virus è in grado di riconoscere e legare il recettore ACE-2.

-S2, contiene una piccola regione chiamata FP, che è “l’ago” attraverso il quale il virus riesce a penetrare nella cellula bersaglio; una volta che la subunità S1 della proteina spike ha legato il recettore ACE2 sulla cellula bersaglio, la subunità S2 cambia forma e “conficca” la regione FP nella membrana della cellula ospite, dando inizio al processo di invasione.

Attraverso quali tecniche possiamo visualizzare le proteine Spike?

Le tecniche che ci consentono di “mettere a fuoco” al meglio le strutture di proteine sono essenzialmente due:

-nella cristallografia a raggi X, le molecole delle proteine si dispongono secondo un reticolo ordinato e simmetrico, e quando vengono irradiate da un fascio molto intenso di raggi X emettono a loro volta radiazione che può essere misurata: tramite calcoli al computer, possono dirci esattamente come sono distribuiti gli elettroni attorni agli atomi nel cristallo (la densità elettronica);

-nella criomicroscopia elettronica, molecole singole vengono irradiate con elettroni che tramite lenti sofisticatissime vengono focalizzati per darci analogamente l’immagine della densità elettronica. Grazie a questa informazione, visualizzabile con dei programmi di grafica al PC, per i biologi strutturali si tratta di risolvere un puzzle inserendo gli amminoacidi che compongono la proteina nella densità elettronica e ricostruire la struttura della proteina.

Spike e RBD-ACE-2

Due gruppi di ricerca hanno determinato la struttura della proteina Spike utilizzando la criomicroscopia elettronica, facendo vedere che essa è costituita da tre catene uguali associate (si dice che è “trimerica”) e costituita da una regione che somiglia al gambo di un fiore con, al posto della corolla, la regione essenziale per il contatto con le cellule da infettare (chiamato RBD o receptor-binding domain, cioè “dominio che lega il recettore”). Questa parte della molecola è flessibile ed è in grado di “cercare” nei dintorni il recettore ACE2 con cui interagire.

In seguito, è stata visualizzata tramite cristallografia la struttura di ACE2 legata a Spike, mostrando con un dettaglio elevatissimo la modalità con cui il virus si attacca alla cellula da infettare.

Per analizzare la struttura della proteina, i ricercatori si sono serviti della cristallografia a raggi X che ha permesso loro di creare un modello tridimensionale della struttura, indagando come questa si aggancia alle cellule umane. Questo modello consente di osservare come piccole mutazioni all’interno della proteina spike creano diverse pieghe e creste, che cambiano il modo in cui la particella virale si attacca ai recettori nelle cellule umane. I ricercatori hanno scoperto che il nuovo coronavirus presenta alcune mutazioni che formano una sorta di cresta particolarmente compatta sulla proteina spike, in grado di creare legami con il recettore umano quattro volte più forti, rispetto a quelli degli altri coronavirus. Questa cresta, infatti, è più compatta rispetto a quella del virus della Sars, e ciò potrebbe essere uno dei motivi per cui il nuovo coronavirus è così altamente contagioso.

Fonti:
https://www.unisr.it/news/2020/6/la-biologia-strutturale-per-sars-cov-2-la-proteina-spike
https://www.sifweb.org/sif-magazine/voci-di-supporto/proteina-spike-di-sars-cov-2
https://www.wired.it/scienza/medicina/2020/04/01/coronavirus-proteina-spike-contagioso/