Изучение интегральных мембранных белков является одной из основных задач современных исследований в области структурной биологии. В нативных условиях мембранные белки встроены в липидный бислой, который участвует в поддержании стабильности их структуры и необходим для их правильного функционирования. Однако для структурных и функциональных исследований мембранные белки необходимо изолировать от липидной среды, сохраняя при этом их стабильность и активность. Поэтому очистка мембранных белков является более сложной задачей, чем очистка растворимых белков. В качестве объекта исследования в данной работе был выбран полноразмерный S-белок коронавируса SARS-CoV-2 дикого типа (штамм Wuhan-Hu-1), который является возбудителем эпидемии заболевания COVID-19. Благодаря своим функциям, S-белок является одной из наиболее важных целей для вакцин против COVID-19 и терапевтических исследований. Данная работа направлена на изучение конформационной вариабельности S-белка короновируса и возможности получения структуры полноразмерного S-белка дикого типа в составе липодисков.

Полноразмерный S-белок коронавируса SARS-CoV-2 является очень гибкой молекулой что обусловливается необходимостью связывания ACE2 клеточных рецепторов. Молекулярное моделирование полноразмерного S-белка показало, что основные конформационные изменения S-белка происходят в двух точках «ножки» спайк-белка, которые образуют три оси вращения. Использование стирол-малеинового ангидрида (SMA) в качестве солюбилизирующего агента представляет собой перспективный метод очистки мембранных белков для получения трёхмерных структур с помощью методов электронной микроскопии. В ходе данной работы мы впервые применили SMA для очистки S-белка короновируса и получили реконструкцию с разрешением 2,4 нм.

Исследование выполнено при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология»

The study of integral membrane proteins is one of the main objectives of modern research in structural biology. In native conditions, membrane proteins are embedded in the lipid bilayer, which is involved in maintaining the stability of their structure and is necessary for their proper functioning. However, for detailed structural and functional studies, membrane proteins need to be isolated from the lipid medium while maintaining their stability and activity. Therefore, purification of membrane proteins is more challenging than purification of soluble proteins. The full-length S-protein of the wild-type coronavirus SARS-CoV-2 (strain Wuhan-Hu-1), which is the causative agent of COVID-19, was chosen as the object of study in this work. Because of its functions, the S-protein is one of the most important targets for COVID-19 vaccine and therapeutic research. This work aims to study the conformational variability of the coronovirus S-protein and the possibility of obtaining the structure of a full-length wild-type S-protein as part of lipodiscs.

The full-length S-protein of coronavirus SARS-CoV-2 is a very flexible molecule due to the need to bind ACE2 cell receptors. Molecular modelling of the full-length S-protein showed that the major conformational changes of the S-protein occur at two points of the spike-protein "steam", which form three axes of rotation. The use of styrene maleic anhydride (SMA) as a solubilizing agent is a promising method for purifying membrane proteins to obtain three-dimensional structures using electron microscopy techniques. In this work, we for the first time used SMA to purify the S-protein of coronovirus and obtained a reconstruction with a resolution of 2.4 nm .

This research has been supported by the Interdisciplinary Scientific and Educational School of Moscow Lomonosov University «Molecular Technologies of the Living Systems and Synthetic Biology»