Das Nichtstrukturprotein 1 (Nsp1) ist ein wichtiger Virulenzfaktor von SARS-CoV-2 und vielen weiteren Erregern unter den Coronaviren. Dieses Protein bindet in den Zellen an die kleine ribosomale Untereinheit und unterbindet so fast vollständig die Genexpression. Dadurch blockiert das Virus die Immunabwehr und wird zu spät bekämpft.
Das Genom von Coronaviren codiert für strukturelle und nichtstrukturelle Proteine. Unter den 16 Nichtstrukturproteinen findet sich der Virulenzfaktor Nichtstrukturprotein Nsp1 (nonstructural protein 1).
Bei Untersuchungen am Genzentrum München wurde gezeigt, dass Nsp1 in der Lage ist, im mRNA-Kanal der kleinen ribosomalen Untereinheit zu binden und die Proteinsynthese effektiv zu blockieren. Dabei wurde eine Bindetasche identifiziert, die bei Blockierung durch einen Wirkstoff die Bindung von Nsp1 verhindern würde und so die Translationsfähigkeit des Ribosoms wiederherstellen könnte.
Die Immunantwort auf eine SARS-CoV-2-Infektion bedarf der Produktion neuer zellulärer Proteine. Nsp1 nimmt hier eine zentrale Rolle bei der Immunsuppression ein und stellt ein mögliches therapeutisches Ziel dar.
Ziel dieses Vorhabens war es, auf Basis der hochaufgelösten 3D-Struktur des Nsp1-Ribosom-Komplexes Substanzen zu finden, die eine Assoziation von Nsp1 an das Ribosom verhindern.
Es wurden KI-unterstützt RNA-bindende Moleküle in In-silico-Modellen vorgeschlagen und synthetisiert. Parallel wurden zwei fluoreszenzbasierte In-vitro-Testsysteme etabliert: Ein Assay zum Nachweis der Bindung von Nsp1 an das Ribosom und ein weiterer zum Nachweis der Wiederherstellung der Translationsfähigkeit. Die initial synthetisierten Substanzen zeigten in diesen Systemen keine signifikante Bindung und Nsp1-inhibierende Aktivität. In weitergehenden Untersuchungen wurden die Substanzen zudem mittels Kryo-Elektronenmikroskopie auf eine potenzielle Bindung am Ribosom charakterisiert. Auch hier zeigte sich keine stabile Bindung in der ribosomalen Nsp1-Tasche. Somit konnte die Frage, ob sich die Bindung von Nsp1 durch ein sehr kleines Molekül inhibieren lässt, in diesem Projekt noch nicht geklärt werden.
