Un gruppo di ricerca del RIKEN Center for Computational Science (R-CCS) ha scoperto che i glicani, le molecole di zucchero, svolgono un ruolo importante nei cambiamenti strutturali che si verificano quando il virus che causa il COVID-19 invade le cellule umane. La loro scoperta, che si basava su simulazioni basate su supercomputer, potrebbe contribuire alla progettazione molecolare di farmaci per la prevenzione e il trattamento del COVID-19. La ricerca è stata pubblicata su Giornale Biofisico .

Quando SARS-CoV-2, il coronavirus che causa il COVID-19, invade una cellula umana, una proteina spike sulla sua superficie si lega a un enzima chiamato ACE2 sulla superficie della cellula. La proteina spike è costituita da tre catene polipeptidiche, e i glicani, le molecole di zucchero, sono attaccati alla superficie della proteina. Sebbene si creda che questi glicani vengano utilizzati per consentire alle proteine ​​di riconoscersi a vicenda, si pensa anche che i virus li utilizzino per eludere l'attacco degli anticorpi.

Le analisi strutturali hanno dimostrato che le proteine ​​spike di SARS-CoV-2 hanno strutture di forma Down e Up. Queste analisi hanno avanzato la nostra comprensione della struttura tridimensionale delle proteine ​​spike, ma la struttura molecolare dettagliata dei glicani altamente fluttuanti non è ancora stata compresa, e infatti il ​​ruolo dei glicani nel processo di invasione cellulare rimane poco chiaro.

Per comprendere meglio il loro ruolo, il gruppo di ricerca guidato da Yuji Sugita di R-CCS ha condotto simulazioni di dinamica molecolare per le strutture delle forme Down e Up delle proteine, utilizzando due supercomputer:Fugaku presso l'R-CCS e Oakforest-PACS presso l'Università di Tokyo. Utilizzando queste potenti macchine, hanno eseguito simulazioni di dinamica molecolare delle proteine ​​spike su una scala temporale di 1 microsecondo (un milionesimo di secondo).

Dai calcoli, sono stati in grado di identificare specifici amminoacidi attaccati a glicani nella proteina spike che svolgono un ruolo importante nella stabilizzazione della struttura del dominio di legame del recettore. I loro risultati hanno suggerito che il cambiamento conformazionale della struttura Up-form è guidato dalla repulsione elettrostatica tra i domini, e che i glicani che stabilizzano la struttura della forma Down vengono spostati e sostituiti da altri glicani dopo che i domini sono stati spostati. Lo studio ha quindi fornito nuove informazioni su come i glicani aiutano a stabilizzare la struttura dinamica delle proteine.

Secondo Sugita, "Dobbiamo sviluppare migliori misure preventive e terapeutiche per porre fine alla pandemia. Sarebbe molto utile poter progettare farmaci che tengano conto dei cambiamenti strutturali delle proteine ​​spike, stabilizzando la forma Down o inibendo il cambiamento nella forma Up, Per esempio."

"Progetti di ricerca come questo, " Aggiunge, "mostraci come la nuova generazione di potenti supercomputer ci consentirà di acquisire nuove conoscenze su molti fenomeni eseguendo simulazioni a un livello di dettaglio che sarebbe stato impossibile in precedenza".