כשנה לאחר פרוץ מגפת הקורונה עדיין איננו מבינים באופן מלא כיצד פועל נגיף הקורונה, ואיך הוא משפיע על תאי הגוף אליהם הוא חודר –

• • מה תפקידו של כל אחד מן החלבונים הנגיפיים? 
• • איך מתארגנים הקומפלכסים החלבוניים שנוצרים בין חלבוני הנגיף לחלבוני התא המארח, וכיצד הם מתווכים את היתרבות הנגיף ואת התסמינים הקליניים ? 
• • אילו חלבונים מעורבים בהיתרבות המהירה של הנגיף בתאי גוף האדם?
• • כיצד מתפתחים ואריאנטים כה רבים של הנגיף בזמן כה קצר, ומה האפקטים הייחודיים של כל מוטאציה?

הגנום של נגיף הקורונה מקודד 29 חלבונים עיקריים. בעקבות הדבקת התא האנושי, יוצרים החלבונים הנגיפיים רשת אינטראקציות עם חלבונים שונים של התא המארח, וכך גורמים לשינויים במסלולי הולכת האותות בתא המארח ולמעבר גורף לייצור החלבונים הנגיפיים. 

למרות התקדמות משמעותית בקביעת מבניהם של החלבונים הנגיפיים השונים, עדיין לא מוכרים המבנים המרחביים של כולם. סיבה אפשרית לבעיות בקביעת המבנה עשויה להיות חוסר יציבותם של חלק מהחלבונים הנגיפיים מחוץ לסביבה התאית. במקרים כאלה תהליכי בידוד וניקוי החלבון, המהווים חלק בלתי נפרד מן הגישות העיקריות לקביעת מבנה (קריסטלוגרפיה, NMR ו- Cryo-EM), עלולים לגרום לפירוק הקומפלכסים החלבוניים המנוקים, לדנטורציה של רכיביהם או ליצירת צברים שלהם. 

כדי להימנע מבעיות אלה, ניתן לקבע (fixate) אינטראקציות תוך תאיות בין חלבונים בעזרת חומר כימי פעיל, המאפשר קישור בלתי הפיך בין מולקולות המצויות בתא השלם בטווח מרחקים מולקולריים קצרים (רכיבים כימיים אלה נקראים מצמדים - (cross-linkers. 

את הקומפלכסים החלבוניים המקובעים, שהינם תוצרי תהליך הצימוד, ניתן לבודד בלי שנגרם להם נזק, ואז מכניסים אותם למכשיר המכונה ספקטרומטר מסות, המאפשר את זיהוים בעזרת מדידת מסה מדויקת (XL-MS) . שיטה זו מאתרת אינטראקציות חלבון-חלבון בדיוק כפי שהן מתרחשות בתא השלם.

בעבודה זו נעשה שימוש בשיטות אלה כדי לבדוק את המבנים של שלושה חלבוני נגיף הקורונה - Nsp1, Nsp2, והחלבון Nucleocapsid  , החיוניים לתיפקודו.

אנאליזת החלבון Nsp2 גילתה 40 נקודות שונות של אינטראקציה עם חלבונים נוספים, ממצא שהעיד כי לשרשרת החלבונית הארוכה של Nsp2יש מבנה מפותל ומורכב במיוחד. אולם בגלל הרצף הארוך והמבנה המורכב של חלבון Nsp2, ארבעים ה"רמזים" הללו על המבנה שלו לא הספיקו על מנת לפענח ולהבין עד תום את המבנה האטומי שלו, ולכן נאלצו החוקרים להעזר במקורות מידע נוספים. 

בתזמון מושלם פיתחה השנה חברת בת של גוגל - DeepMind - תוכנה מהפכנית ומוצלחת לחיזוי מבנה חלבונים בשם AlphaFold2. אחד החלבונים המאתגרים, שאת המבנה שלהם ניסו לאחרונה לפענח בעזרת התוכנה, היה למרבה המזל Nsp2. התוכנה אמנם לא הצליחה לחזות את המבנה המלא, אבל למרשתת הועלו מספר תתי-מבנים של אזורים מצומצמים מתוך הרצף של Nsp2, שפוענחו בעזרת התוכנה. נתונים אלה הספיקו כדי להשלים את המידע החסר לחוקרים. שילוב של תתי-המבנים מתוכנת AlphaFold2 עם רמזי סמיכות המיקום בעקבות הצימוד הכימי איפשרו לפענח את המבנה האטומי השלם.

איפיון של מבנה החלבון הראה כי הוא מכיל שלושה אתרים לקישור של יון האבץ. יון זה חיוני לפעולת מכונת השיכפול של החומר הגנטי של הנגיף. מחקרים קודמים הראו כי נגיף הקורונה יוצר מעין מתחמים מבודדים בתוך התא המותקף, בהם פועלות מכונות השיכפול בנפרד משאר חלקי התא. כמו כן, הראו עבודות קודמות כי Nsp2 מועבר לאזורי שיכפול מבודדים אלה. לפיכך, שיערו החוקרים כי אחד התפקידים של חלבון Nsp2 הינו לדאוג לאספקת אבץ באזורי השיכפול המבודדים, כדי לאפשר את תהליך השכפול. 

בנוסף, תרם פיענוח המבנה של חלבון Nsp2 נקודת מבט מעניינת לגבי האבולוציה המואצת של הנגיף הנוכחי. בחלבון המקביל (ההומולוגי) בנגיפי הקורונה המוכרים לאדם, כדוגמת אלה הגורמים להצטננות פשוטה מידי חורף, קיים רק אתר אחד לקישור אבץ. לעומת זאת, בתת-משפחת הנגיפים הנוכחית (אשר גרמה את מגפת ה-SARS ב-2002 באסיה, ואחראית למגיפה הנוכחית), התגלו במחקר שלושה אתרי קישור, ויש רמזים מבניים שאתר קישור רביעי מתפתח ומתעצב בנגיף ה-SARS-COV-2.

החוקרים השתמשו באותה שיטת מחקר כדי לקבוע את מבניהם של שני חלבונים נוספים בנגיף הקורונה - חלבון אריזת החומר הגנטי (Nucleocapsid protein או פשוט N), וחלבון בשם Nsp1, שהינו אחד החלבונים המרכזיים של הנגיף המאפשרים את התחמקותו מן המערכת החיסונית בעקבות ההדבקה. 

העבודה הינה שיתוף פעולה בין פרופ' מיכל ליניאל, ד"ר דינה שניידמן וד"ר ניר קליסמן מן המחלקה לכימיה ביולוגית.

קיראו את המאמר באתר bioRxiv.org, המשמש לפרסום מאמרים מדעיים לפני שעברו ביקורת עמיתים -