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Proteína de la nucleocápside del coronavirus

La proteína nucleocápside (N) es una proteína que empaqueta el genoma de ARN de sentido positivo de los coronavirus para formar estructuras de ribonucleoproteína encerradas dentro de la cápside viral . [2] [3] La proteína N es la más expresada de las cuatro proteínas estructurales principales del coronavirus . [2] Además de sus interacciones con el ARN , el N forma interacciones proteína-proteína con la proteína de membrana del coronavirus (M) durante el proceso de ensamblaje viral. [2] [3] N también tiene funciones adicionales en la manipulación del ciclo celular de la célula huésped. [3] [4] La proteína N es altamente inmunogénica y los anticuerpos contra N se encuentran en pacientes recuperados del SARS y COVID-19 . [5]

Historia

La COVID-19 se identificó por primera vez en enero de 2020. Un paciente del estado de Washington recibió el diagnóstico de infección por coronavirus el 20 de enero. Un grupo de científicos de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de Atlanta, Georgia, aisló el virus de hisopos nasofaríngeos y orofaríngeos y pudo caracterizar la secuencia genómica , las propiedades de replicación y el tropismo del cultivo celular de los hisopos. Poco después pusieron el virus a disposición de la comunidad científica en general "depositándolo en dos depósitos de reactivos de virus". [6]

Estructura

Estructura de cristalografía de rayos X del dímero formado por dos dominios C-terminales de la proteína N del SARS-CoV-2 . [7]

La proteína N está compuesta por dos dominios proteicos principales conectados por una región intrínsecamente desordenada (IDR) conocida como región conectora, con segmentos desordenados adicionales en cada extremo. [2] [3] Un tercer pequeño dominio en la cola C-terminal parece tener una estructura secundaria alfa helicoidal ordenada y puede estar involucrado en la formación de conjuntos oligoméricos de orden superior . [7] En el SARS-CoV , el agente causante del SARS , la proteína N tiene una longitud de 422 residuos de aminoácidos [2] y en el SARS-CoV-2 , el agente causante del COVID-19 , tiene una longitud de 419 residuos. [7] [8]

Tanto el dominio N-terminal como el C-terminal son capaces de unirse al ARN . El dominio C-terminal forma un dímero que probablemente sea el estado funcional nativo. [2] Partes del IDR, en particular un motivo de secuencia conservada rico en residuos de serina y arginina (la región rica en SR), también pueden estar implicados en la formación de dímeros, aunque los informes al respecto varían. [2] [3] Aunque se han observado cristalográficamente oligómeros de orden superior formados a través del dominio C-terminal, no está claro si estas estructuras tienen una función fisiológica. [2] [9]

El dímero C-terminal se ha caracterizado estructuralmente mediante cristalografía de rayos X para varios coronavirus y tiene una estructura altamente conservada. [7] El dominio N-terminal, a veces conocido como dominio de unión al ARN , aunque otras partes de la proteína también interactúan con el ARN, también se ha cristalizado y se ha estudiado mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear en presencia de ARN. [10]

Modificaciones postraduccionales

La proteína N se modifica postraduccionalmente mediante fosforilación en sitios ubicados en el IDR, particularmente en la región rica en SR. [2] [11] La proteína de la nucleocápside (N) del SARS-CoV-2 es arginina metilada por la proteína arginina metiltransferasa 1 (PRMT1) en los residuos R95 y R177. Inhibidor de PRMT tipo I (MS023) o sustitución de R95 o R177 por lisina inhibió la interacción de la proteína N con la 5'-UTR del ARN genómico del SARS-CoV-2, propiedad necesaria para el empaquetado viral | doi: 10.1016/j.jbc.2021.100821 | PMID 34029587. En varios coronavirus, también se ha informado de la ribosilación de ADP de la proteína N. [12] [11] Con un significado funcional poco claro, se ha observado que la proteína N del SARS-CoV está SUMOilada y se ha observado que las proteínas N de varios coronavirus, incluido el SARS-CoV-2, se escinden proteolíticamente . [11] [13] [14]

Expresión y localización

La proteína N es la más expresada en las células huésped de las cuatro proteínas estructurales principales . [2] Al igual que las otras proteínas estructurales, el gen que codifica la proteína N está ubicado hacia el extremo 3' del genoma . [3]

La proteína N se localiza principalmente en el citoplasma . [3] En muchos coronavirus, una población de proteína N está localizada en el nucléolo , [3] [4] [15] que se cree que está asociada con sus efectos en el ciclo celular . [4]

Función

Empaquetado del genoma y ensamblaje viral.

Ilustración de un virión de coronavirus en la mucosa respiratoria , que muestra las posiciones de las cuatro proteínas estructurales y componentes del entorno extracelular. [dieciséis]
Estructura de RMN del dominio N-terminal de la proteína N del SARS-CoV-2 (rojo) en complejo con ARN bicatenario (naranja y amarillo). [10]

La proteína N se une al ARN para formar estructuras de ribonucleoproteína (RNP) para empaquetar el genoma en la cápside viral . [2] [3] Las partículas RNP formadas son aproximadamente esféricas y están organizadas en estructuras helicoidales flexibles dentro del virus. [2] [3] Se cree que la formación de RNP implica interacciones alostéricas entre el ARN y múltiples regiones de la proteína que se unen al ARN. [2] [9] La dimerización de N es importante para el ensamblaje de RNP. La encapsidación del genoma se produce mediante interacciones entre N y M. [2] [3] El N es esencial para el ensamblaje viral. [3] N también sirve como proteína chaperona para la formación de la estructura del ARN en el ARN genómico. [3] [9]

Síntesis de ARN genómico y subgenómico.

La síntesis de ARN genómico parece implicar la participación de la proteína N. N se colocaliza físicamente con la ARN polimerasa viral dependiente de ARN al principio del ciclo de replicación y forma interacciones con la proteína no estructural 3, un componente del complejo replicasa-transcriptasa . [3] Aunque N parece facilitar la replicación eficiente del ARN genómico, no es necesario para la transcripción del ARN en todos los coronavirus. [3] [17] En al menos un coronavirus, el virus de la gastroenteritis transmisible (TGEV), N participa en el cambio de plantilla en la producción de ARNm subgenómicos , un proceso que es una característica distintiva de los virus del orden Nidovirales . [3] [17] [18]

Efectos del ciclo celular

Los coronavirus manipulan el ciclo celular de la célula huésped a través de varios mecanismos. En varios coronavirus, incluido el SARS-CoV , se ha informado que la proteína N provoca la detención del ciclo celular en la fase S a través de interacciones con ciclina-CDK . [3] [4] En el SARS-CoV, una región de unión a la caja de ciclina en la proteína N puede servir como sustrato de fosforilación de ciclina-CDK . [3] El tráfico de N al nucleolo también puede desempeñar un papel en los efectos del ciclo celular. [4] En términos más generales, el N puede estar implicado en la reducción de la actividad de traducción de proteínas de la célula huésped . [3]

Efectos del sistema inmunológico

La proteína N participa en la patogénesis viral a través de sus efectos sobre componentes del sistema inmunológico . En el SARS-CoV , [3] [19] [20] MERS-CoV , [21] y SARS-CoV-2 , [22] se ha informado que el N suprime las respuestas al interferón .

Evolución y conservación

Las secuencias y estructuras de las proteínas N de diferentes coronavirus, particularmente los dominios C-terminales, parecen estar bien conservadas. [2] [7] [23] Las similitudes entre la estructura y topología de las proteínas N de los coronavirus y los arterivirus sugieren un origen evolutivo común y respalda la clasificación de estos dos grupos en el orden común Nidovirales . [2] [3]

El examen de las secuencias del SARS-CoV-2 recopiladas durante la pandemia de COVID-19 encontró que las mutaciones sin sentido eran más comunes en la región enlazadora central de la proteína, lo que sugiere que esta región relativamente no estructurada es más tolerante a las mutaciones que los dominios estructurados. [7] Un estudio separado de secuencias del SARS-CoV-2 identificó al menos un sitio en la proteína N bajo selección positiva . [24]

Las propiedades de la proteína N de estar bien conservada, no parecer recombinarse con frecuencia y producir una fuerte respuesta de células T han llevado a que se estudie como un objetivo potencial para las vacunas contra el coronavirus. [25] [26] [23] [27] La ​​vacuna candidata UB-612 es una de esas vacunas experimentales que se dirige a la proteína N, junto con otras proteínas virales, para intentar inducir una inmunidad amplia. [28] [29]

Referencias

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