Un nuovo protocollo per produrre la proteina-bersaglio del coronavirus: verso nuovi farmaci contro il COVID-19

Un passo avanti cruciale per mettere a punto farmaci antivirali efficaci contro il coronavirus SARS-CoV-2. Un gruppo di ricerca dell’Università di Bologna, in collaborazione con colleghi scienziati statunitensi, ha messo a punto un protocollo per isolare grandi quantità di “proteasi 3C-like”, proteina essenziale per la replicazione del coronavirus responsabile del COVID-19. Prodotta nelle cellule infette da SARS-CoV-2, la proteasi 3C-like è determinante per la replicazione e la propagazione del coronavirus. La comunità scientifica l’ha quindi identificata come uno dei principali bersagli farmacologici per bloccare la propagazione virale.

Lo studio – pubblicato sulla rivista Cell STAR Protocols con il titolo “Protocol for production and purification of SARS-CoV-2 3CL” – offre, in un unico protocollo integrato, una “cassetta degli attrezzi” completa per produrre grandi quantità di questa proteina e per caratterizzarla in modo dettagliato a livello molecolare, strutturale e funzionale.

"Riteniamo che questi risultati avranno un impatto importante sulla comunità scientifica che si occupa di sviluppare farmaci contro il COVID-19", dice Stefano Ciurli, Professore Ordinario di Chimica Generale ed Inorganica presso il Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell'Università di Bologna, che ha coordinato lo studio insieme al professor Gaetano Montelione del Dipartimento di Chimica e Chimica Biologica del Rensselaer Polytechnic Institute (Troy, NY, USA). "Per identificare potenziali candidati per il trattamento farmacologico di SARS-CoV-2, è necessario infatti produrre una grande quantità di proteasi 3C-like nativa e attiva, e sviluppare protocolli standardizzati per determinarne l’attività enzimatica e le variazioni strutturali e funzionali in presenza di inibitori, tra cui ioni metallici importanti nella nutrizione".

La posizione degli atomi all’interno della proteasi 3C-like ottenuta tramite cristallografia di raggi X

"La proteina è stata ottenuta per via ricombinante da colture batteriche di Escherichia coli: è una proteina di fusione, contenente, a monte, una sequenza riconosciuta in modo specifico da una proteasi chiamata SUMO", spiega il Dott. Luca Mazzei, giovane ricercatore al Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell'Alma Mater e primo autore dello studio, con il contributo determinante di Aleksandar Jovanovic, tesista per il Corso di Laurea Magistrale in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche. "La proteina di fusione prodotta è poi purificata e incubata con la proteasi SUMO, che la taglia generando la sequenza naturale della proteasi 3C-like: con questo stratagemma è stato possibile ottenere oltre 100 milligrammi di proteina per ogni litro di coltura batterica".

La struttura della proteasi 3C-like così ottenuta è stata studiata tramite spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) e biocristallografia, due tecniche biofisiche che permettono di determinare, ad alta risoluzione, la posizione degli atomi all’interno della molecola proteica. Inoltre, l’attività enzimatica è stata analizzata attraverso spettroscopia di fluorescenza.

"I dati raccolti costituiscono la base sperimentale per monitorare l’efficacia di candidati farmaci, rendendo possibile confrontare la struttura e la funzionalità della proteina target con quelle determinate in presenza di molecole o ioni che agiscano come inibitori e quindi potenziali farmaci", spiega Ciurli. "Il gruppo ha anche sviluppato nuovi saggi enzimatici utilizzando tecniche calorimetriche, più rapide e accurate, e questi risultati saranno pubblicati a breve".