Targeting SARS-CoV-2 RNA Pseudoknots Using Triplex-Forming Peptide Nucleic Acids

使用三链体​​形成肽核酸靶向 SARS-CoV-2 RNA 假结

基本信息

  • 批准号:
    10516075
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 23.38万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-11-01 至 2024-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

SARS-CoV-2, the causative agent of COVID-19, is a positive-sense single-stranded RNA virus in the Coronaviridae family. The RNA of SARS-CoV-2 folds into complex double-helical structures that open the door for novel anti-viral approaches targeting RNA instead of proteins. Positive-sense RNA viruses use the specifically folded RNA structures to highjack the host cell's machinery, regulate viral replication and mRNA translation, evade antiviral responses, and produce more viral particles. The mechanisms by which SARS-CoV-2 and other coronaviruses control these processes are not well understood. However, highly conserved structural motifs of viral RNA, such as pseudoknots and hairpins, are critical for replication and translation. These motifs act as functional switches of the viral life cycle and are critical for SARS-CoV-2 pathogenesis. In this application, we propose to use triplex-forming peptide nucleic acids (PNAs) to control the conformation and biological function of SARS-CoV-2 pseudoknots. The long- term goals are to (1) better understand SARS-CoV-2 biology and pathogenesis and (2) develop new and broad-spectrum therapeutics against multiple coronavirus strains. The specific aims are to (1) study the conformational control of pseudoknot RNA switches with triplex-forming PNA and (2) study how the PNA binding and RNA switching affects coronavirus biology. We are well positioned to achieve these Aims because our research group has been working on sequence-specific recognition of biologically significant RNA molecules using triplex-forming PNAs for more than a decade. The proposed research is significant and innovative because the biology of dynamic viral RNA switches is poorly understood and have not been widely targeted in antiviral therapy. Coronaviruses can mutate their RNA genome and cross species boundaries to infect humans. Therefore, future emergence of new human coronaviruses is almost guaranteed. Mutated genomes can be rapidly sequenced, allowing us to understand how the mutations change the structure of regulatory RNA motifs. Novel therapeutic agents targeting structured RNA motifs will be applicable against multiple strains of coronaviruses and will be easily adjustable for mutated viruses, which is a key bottleneck for traditional antiviral therapeutics. If SARS-CoV-2 (or another coronavirus) mutates the PNA target site, all that is needed is to sequence the mutated genome and change the sequence of therapeutic triplex-forming PNA. RNA is emerging as a major regulatory molecule in wide variety of biological processes and as a promising novel therapeutic target. Better understanding of the biological role of viral RNA switches holds tremendous promise to result in innovative antiviral approaches to combat SARS-CoV-2 and other coronaviruses. If successful, the proposed research will develop new tools for studying the biology of complex regulatory viral RNAs, which will have broad and sustained impact on our ability to combat the current and future pandemics.
新冠肺炎的病原体SARS-CoV-2是一种正向单链核糖核酸病毒。 冠状病毒科。SARS-CoV-2的RNA折叠成复杂的双螺旋结构 为针对RNA而不是蛋白质的新型抗病毒方法打开了大门。正义型RNA病毒 利用特定折叠的RNA结构来劫持宿主细胞的机器,调节病毒复制 和信使核糖核酸的翻译,逃避抗病毒反应,产生更多的病毒颗粒。这些机制由 哪些SARS-CoV-2和其他冠状病毒控制着这些过程,目前还不清楚。然而, 高度保守的病毒RNA结构基序,如伪结和发夹,对 复制和翻译。这些基序充当病毒生命周期的功能开关,是至关重要的 对于SARS-CoV-2的致病机制。在这一应用中,我们建议使用三链形成肽核 酸(PNA)控制SARS-CoV-2假结节的构象和生物学功能。长的- 学期目标是(1)更好地了解SARS-CoV-2生物学和发病机制;(2)开发新的 以及针对多种冠状病毒株的广谱疗法。具体目的是:(1)研究 具有三链形成的PNA的假结RNA开关的构象控制和(2)研究 PNA结合和RNA切换影响冠状病毒生物学。我们处于有利地位,能够实现这些目标 目的是因为我们的研究小组一直致力于生物学上的序列特异性识别 重要的RNA分子十多年来一直使用三链形成的PNA。拟议的研究是 具有重大意义和创新性,因为人们对动态病毒RNA开关的生物学知之甚少 在抗病毒治疗中没有广泛的靶向。冠状病毒可以使其RNA基因组发生突变, 跨越物种边界感染人类。因此,未来出现的新人类冠状病毒是 几乎可以肯定。突变的基因组可以被快速测序,使我们能够理解 突变改变了调控RNA基序的结构。新型靶向结构化治疗药物 RNA基序将适用于多种冠状病毒株,并将很容易调整 突变病毒,这是传统抗病毒疗法的关键瓶颈。如果SARS-CoV-2(或 另一种冠状病毒)突变PNA靶点,所需的只是对突变的基因组进行测序 改变治疗性三链形成PNA的序列。核糖核酸正在成为一种主要的调控因子 分子在广泛的生物学过程中,并作为一个有前途的新的治疗靶点。更好 对病毒RNA开关的生物学作用的理解极有希望导致 抗击SARS-CoV-2和其他冠状病毒的创新抗病毒方法。如果成功,则 拟议的研究将为研究复杂调控病毒RNA的生物学开发新的工具, 这将对我们抗击当前和未来大流行病的能力产生广泛和持续的影响。

项目成果

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