Ett internationellt samarbete mellan UCL School of Pharmacy, Lund Protein Production Platform (LP3) och ESS DEMAX Laboratory, har påbörjat studier av tre olika proteiner från SARS CoV-2, coronaviruset som orsakar sjukdomen Covid-19. Nyligen lyckades de bestämma strukturen hos och påbörja analysen av ett av dessa proteiner, Nsp10, med hjälp av strålröret BioMAX vid MAX IV-laboratoriet i Lund.

För att hitta ett effektivt läkemedel som kan stoppa det nya coronaviruset från att orsaka sjukdomen Covid-19 behöver forskarna förstå hur virusets förmåga att föröka sig kan blockeras. Viruset kommer då att ”dö ut” eftersom det misslyckas med att kopiera sin arvsmassa (replikera RNA) inne i värdcellen och därefter göra infektiösa partiklar. Ett sätt att få denna kunskap är att använda intensiv röntgenstrålning som ger en detaljerad bild av strukturen hos de proteiner som är involverade i replikeringsprocessen.

Det finns 16 så kallade icke-strukturella proteiner (NSP:er) i SARS CoV-2 vilka spelar en viktig roll i den virala replikationen och transkriptionen, de första stegen i virusets förökning. Att störa virusets förmåga att replikera sig, och därmed kunna fortsätta att producera ett livskraftigt virus, är i fokus för många internationella forskare. Högupplösta kristallografiska och andra strukturbiologiska undersökningar spelar en viktig roll för att antingen hitta nya virushämmare eller för att studera hur befintliga läkemedel kan användas för att blockera det nya coronaviruset.

Det finns flera proteiner involverade i kontrollmekanismen som viruset har för att skydda sin arvsmassa. Forskningsgruppens undersökningar fokuserar på tre av dessa: Nsp10, Nsp14 och Nsp16, i syfte att identifiera små kemiska molekyler som kan ändra dessa proteiners funktioner. En viktig metod i läkemedelsutveckling heter Fragment-based ligand discovery (FBLD). Strategin med denna teknik är att man vill hitta flera små molekyler, fraktioner av ett komplett läkemedel, som binder eller hindrar proteinet man studerar, vilka sedan sätts ihop till ett färdigt läkemedel. En viktig del i denna metod är att få fram kristaller av proteinerna och med hjälp av röntgenstrålning få strukturell information om hur de ser ut. Därefter kan man söka efter de små molekylinhibitorerna och förbättra dem med målet att blockera virusets möjligheter att föröka sig.

Forskningsgruppen arbetar därför just nu med att ta fram högupplösta modeller av kristallstrukturerna hos dessa tre proteiner. Detta arbete kommer att kompletteras med biofysiska och biokemiska karakteriseringsexperiment såsom termisk stabilitet, interaktionsstudier proteinerna emellan och strukturanalyser med proteinerna i lösning med röntgen- och neutronspridning. Nyligen lyckades forskningsgruppen producera kristaller av ett av dessa proteiner, Nsp10 (Bild 1 vänster och höger).

Bild (vä): Foto av en droppe som visar många hexagonalformade kristaller av SARS CoV-2 Nsp10 Bild (hö): Enkelkristall av Nsp10 fryst i en 0,08 mm loop. Foto taget vid strålröret BioMAX

Genom att snabbt få tillgång till strålröret BioMAX på MAX IV, samlades data in till cirka 2.6 Ångström, vilket är ett mått på upplösning vid vilken man kan få en detaljerad bild på molekylnivå (Bild 2).

 

Bild 2: Proteinmodell över SARS CoV-2 Nsp10 i obunden form. Nsp10 innehåller två zinkfingrar (zinkjoner visas som grå sfärer)

Forskningsgruppens arbete med att få fram kristallstrukturerna även av proteinerna Nsp14 och Nsp16 fortsätter.

Bildtexter:

Bild 1 vänster: Foto av en droppe som visar många hexagonalformade kristaller av SARS CoV-2 Nsp10
Bild 1 höger: Enkelkristall av Nsp10 fryst i en 0,08 mm loop. Foto taget vid strålröret BioMAX
Bild 2: Proteinmodell över SARS CoV-2 Nsp10 i obunden form. Nsp10 innehåller två zinkfingrar (zinkjoner visas som grå sfärer)

Om MAX IV-laboratoriet

MAX IV-laboratoriet är en nationell forskningsanläggning med Lunds universitet som värduniversitet. Forskare från hela världen kommer varje år till labbet och använder röntgenstrålarna i vetenskaplig forskning för att göra det osynliga synligt. De forskar inom bland annat fysik, kemi, geologi, ingenjörs- och materialvetenskap, strukturbiologi, medicin och nanoteknologi.

MAX IV-laboratoriet invigde i juni 2016 en ny anläggning vilken är en världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggningar. Ungefär 270 personer är idag anställda vid MAX IV-laboratoriet. Finansiärer är Vetenskapsrådet (dnr 2018-07152), Vinnova (dnr 2018-04969, Formas (dnr 2019-02496), Lunds universitet, Region Skåne samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, ett konsortium bestående av danska universitet och regioner, Finlands Akademi och Estland, 12 svenska universitet, Novo Nordisk Fonden samt svensk trä- och pappersindustri genom Treesearch.

I nuläget är 16 strålrör, de experimentstationer där forskningen bedrivs, finansierade och i olika stadier av färdigställande eller i drift och tar emot forskare för experiment. Totalt kommer cirka 25 strålrör att kunna installeras på de två lagringsringarna samt i förlängningen av linjäracceleratorn. Fullt utbyggt kommer MAX IV-laboratoriet att kunna ta emot upp mot 2 000 forskare per år.

 

 

Kontakt:

Tutti Johansson Falk
Kommunikationschef, MAX IV-laboratoriet
tutti@maxiv.se 0766 323326

Professor Frank Kozielski, UCL School of Pharmacy, f.kozielski@ucl.ac.uk, +44 7711 263 836 

Dr Wolfgang Knecht, Lunds universitet, wolfgang.knecht@biol.lu.se, +46 704 83 75 47

Dr Zoë Fisher, ESS, zoe.fisher@ess.eu, +46 721 79 22 50

Dr Jie Nan, jie.nan@maxiv.lu.se, +46 706 447 907