Virus Sars-Cov-2 sử dụng Protein gai để xâm nhiễm tế bào như thế nào?

Theo một nghiên cứu mới, protein gai (Spike protein), có cấu tạo giống như lò xo được nén chặt, giúp COVID-19 xâm nhiễm tế bào, với một cú lừa hệ miễn dịch.

Phát hiện này, dựa trên sự mô phỏng quá trình protein gai tự tái định dạng để gắn lên và xâm nhiễm vào bên trong tế bào, có thể giúp cho các nhà nghiên cứu tìm ra cách thức mới đánh bại virus SARS-CoV-2.

Cú lừa này, thể hiện dưới dạng các phân tử đường glycan gắn vào “head” domain (domain ở phần đầu) của gai và bao bọc lấy nó trong khi “đuôi” peptide hợp nhất sục sạo tìm kiếm tế bào vật chủ để xâm nhiễm. Cái “lồng” được hình thành bởi các phân tử glycan cấu tạo 3 chiều không gian (không liên kết nhưng có ảnh hưởng), che chắn head domain, giúp các đuôi peptide có thời gian sục tìm xung quanh.

Một khi virus tìm thấy vật chủ, tức một tế bào xấu số nào đó, phần head và màng virus được kéo về phía đuôi, để hợp nhất với tế bào.

Đường glycans bao bọc head domain của gai trong khi các đuôi peptide sục sạo tìm tế bào vật chủ để xâm nhiễm. (Trích từ video Sim shows how COVID virus infects cells – Rice University)

José Onuchic, Đồng Giám đốc Trung tâm Vật lý sinh học lý thuyết (CTBP), có trụ sở tại Đại học Rice, đồng nghiên cứu viên chính, cho biết: “Đường glycan giúp các peptide hợp nhất có đủ thời gian để phân tán. Nếu tìm được cách nào đó để làm tăng tốc độ biến hình của protein gai thì đó sẽ có thể là một cách tiếp cận giúp ngăn cản các peptit tìm kiếm được tế bào vật chủ”.

Esteban Dodero-Rojas, nghiên cứu sinh tại Đại học Rice và là tác giả chính của video clip này, cho biết: “Các glycan có thể làm điều này cho virus là vì chúng không bị nhận dạng là kẻ xâm nhập. Chúng là lá chắn khiến việc phản ứng miễn dịch với virus trở nên khó khăn.”

Paul Whitford, phó giáo sư tại Đại học Đông Bắc, nhà khoa học cấp cao tại CTBP, và là đồng điều tra viên chính, cho biết, mặc dù khó có thể làm được gì nhiều đối với sự hiện diện của các glycan, nhưng khi vai trò quan trọng của chúng trong cơ chế hoạt động của protein gai được tiết lộ, nó có thể mang lại những cơ hội chưa từng được biết đến trước đây nhằm bảo vệ chúng ta chống lại COVID-19.

Ông nói: “Glycan có ở khắp mọi nơi, và về nguyên tắc, vi rút sẽ trở nên kém hiệu quả nếu không có glycan – nhưng đề xuất một phương pháp nào đó nhằm loại bỏ glycans trong tế bào, có vẻ sẽ gây ra những tác dụng phụ nghiêm trọng. Tuy nhiên, mô phỏng này đã cho chúng ta thấy toàn bộ sự biến đổi hình dạng của protein gai, về cơ bản, nó phải được nghiên cứu thật kỹ càng hơn nữa. Chính sự tái định dạng to lớn này đã tiết lộ cho chúng ta nhiều vị trí trên protein gai mà chúng ta có thể nhắm mục tiêu tới.

Whitford nói: “Một số thành phần bị che vùi hoàn toàn (bởi các glycan) ở giai đoạn bắt đầu và kết thúc, nhưng lại vẫn tồn tại một số giai đoạn ngắn, thoáng qua mà chúng ta thể tiếp cận được chúng”.

Trong một nghiên cứu hợp tác với các nhà thực nghiệm tại Đại học Rutgers trước đây, mà nhóm có tham gia, các mô hình máy tính đã được sử dụng để tìm các điểm yếu có thể lợi dụng của protein gai cho một loại vắc xin dạng hít. Nghiên cứu mới này, mang lại một cái nhìn toàn diện hơn về cách protein gai thay đổi hình dạng để truyền vật liệu di truyền của nó vào tế bào.

Protein gai của coronavirus (màu đỏ) làm trung gian cho virus xâm nhập vào tế bào chủ. Nó liên kết với enzyme chuyển angiotensin 2 (thụ thể ACE2 – màu xanh) để kết hợp màng virus và vật chủ. (Juan Gaertner/Shutterstock)

Trong mô hình mô phỏng được công bố, quá trình xâm nhiếm tế bào bắt đầu khi phần S1 của protein gai (S1), lúc đó đang bao phủ phần S2 (S2) tìm thấy được một thụ thể ACE2, một loại protein thường có trên bề mặt tế bào. S1 sẽ tách rời, để lộ ra phần đầu (head). Phần head này sau di chuyển về phía vỏ bọc của virus và được các glycans bao bọc lấy.

1/ Mô hình protein gai với phần S1 bao bọc phần S2. 2/ S1 tách rời để lộ phần head. 3/ Phần head sau đó dịch chuyển về phía màng virus để được glycan bao bọc. Phân đuôi peptid hợp nhất di chuyển về phía tế bào vật chủ dò tìm. (Trích từ video Sim shows how COVID virus infects cells – Rice University)

Sau khi các peptide thăm dò đã gắn được vào một tế bào, các glycan giải phóng S2 để nó di chuyển dọc theo một domain kết nối (giống như khóa kéo, zipper, trên quần áo) để kéo virus và tế bào tiến gần, tiếp xúc với nhau.

1/ Khóa kéo (zipper) kéo virus và tế bào vào hợp nhất. 2/ Virus và tế bào áp sát. 3/ Virus và tế bào đã hợp nhất. (trích từ video Sim shows how COVID virus infects cells – Rice University)

Whitford cho biết, việc hiểu rõ hơn về cơ chế này, cũng có thể giúp chúng ta nhắm tới các biến thể COVID khác nhau bằng cách tìm ra những đặc điểm chung, không thay đổi (cho dù là ở biến thể nào) của protein gai. Ông nói: “Chúng tôi đang cố gắng xác định tất cả các bộ phận chuyển động có liên quan mà chúng tôi có thể ngăn chặn”.

Điều đó, sẽ dẫn các phòng thí nghiệm thực nghiệm, những nhà nghiên cứu, còn đang muốn tiếp tục xây dựng mô hình, đến với những bước công việc tiếp theo. Whitford cũng lưu ý rằng, tất cả các mô hình và dữ liệu sẽ được cung cấp miễn phí cho cộng đồng nghiên cứu.

“Đây là một trải nghiệm tuyệt vời” Dodero-Rojas nói. “Chúng tôi bắt đầu dự án này trong năm đầu tiên học sau đại học. Bên cạnh việc gặp phải nhiều thách thức đến như thế trong đại dịch, thì chính cái tiềm năng mà công việc của chúng tôi có thể giúp chống lại COVID khiến nó trở nên thật bổ ích”.

“Tôi lạc quan về những bước tiếp theo,” anh nói. “Có khả năng, cơ chế mà chúng tôi trình bày sẽ có thể trở thành đối tượng cho các liệu pháp hoặc chiến lược mới nhằm giảm tác động của SARS-CoV-2 đối với nhân loại”.

Theo The Epoch Times

Quân Dương biên dịch

Nghiên cứu xuất hiện trên tạp chí truy cập mở, miễn phí, eLife.

Nguồn bài: Rice University