Видео: Said Sannuga, Cellscape.co.uk / ETH Zurich, The Ban Lab
Вирусы используют ресурсы инфицированной клетки для репликации и дальнейшего заражения других клеток, и при помощи того же механизма болезнь перекидывается на других особей. Важнейший этап в жизненном цикле вируса – синтез новых вирусных белков, выстраиваемых на основе инструкций из вирусного РНК-генома. Клеточная фабрика белков, рибосома, начинает клепать вирусные белки по этим «чертежам».
Когда клетка здорова, рибосома движется вдоль РНК в строго размеренном темпе, считывая три нуклеотида РНК за шаг. Такой трехбуквенный код определяет соответствующую аминокислоту, которая прикрепляется к наращиваемому белку. Почти не случается такого, чтобы рибосома сдвинула один или два нуклеотида РНК вперед или назад, отступив от этого правильного трехчастного паттерна. Если такой сдвиг в рибосоме (его называют «сдвиг рамки считывания») все-таки происходит, то он приводит к ошибкам в считывании генетического кода.
В наших клетках сдвиг рамки считывания почти никогда не случается; из-за этого клеточные белки становились бы нефункциональными. Но жизненный цикл некоторых вирусов, например, коронавирусы и ВИЧ, зависит именно от сдвига рамки считывания – в ходе таких событий регулируется уровень вирусных белков. Например, вирус SARS-CoV-2, тот самый, что вызывает COVID-19 – критически зависит от сдвига рамки считывания, обеспечиваемого необычной и запутанной сверткой в вирусной РНК.
Следовательно, поскольку сдвиг рамки считывания жизненно важен для вируса, а у нас в организме почти никогда не происходит, любое соединение, препятствующее такому сдвигу, потенциально могло бы помочь как эффективное противовирусное лекарство. Правда, до сих пор не известно, как вирусная РНК взаимодействует с рибосомой, провоцируя сдвиг рамки считывания, а это было бы важно знать для разработки препарата.
Получена подробная картина процесса, критически важного для репликации коронавируса
Команда исследователей из Высшей Технической Школы Цюриха и из университетов Берна, Лозанны и Корка (Ирландия) впервые смогла выявить взаимодействия между вирусным геномом и рибосомой, происходящие при сдвиге рамки считывания. Результаты их работы были опубликованы в журнале Science.
При помощи филигранных биохимических экспериментов исследователи смогли застать рибосому именно на том сайте РНК-генома SARS-CoV-2, где происходил сдвиг рамки считывания. Этот молекулярный комплекс им удалось изучить при помощи криоэлектронной микроскопии.
По результатам работы удалось с беспрецедентной детализацией дать описание этого процесса и открыть ряд новых свойств, о которых даже не подозревали. При сдвиге рамки считывания рибосомная машина, отличающаяся динамичностью, принимает неестественную конфигурацию, что помогло получить одно из самых резких и точных изображений рибосомы млекопитающих, визуализируемой в процессе сдвига рамки, когда как раз происходит считывание информации из вирусного генома. Далее ученые проследили свои структурные находки, поставив эксперименты in vitro и in vivo и, в частности, как на этот процесс можно нацелить нужные химические соединения. Ненад Бан, профессор молекулярной биологии в Высшей Технической Школе Цюриха и соавтор данного исследования, акцентирует, что «представленные здесь результаты, касающиеся SARS-CoV-2, также будут полезны для понимания механизмов сдвига рамки считывания у других РНК-вирусов».
Потенциальная мишень для разработки противовирусных препаратов
Зависимость SARS-CoV-2 от такого события сдвига рамки считывания у рибосомы может пригодиться при разработке противовирусных препаратов. По данным более ранних исследований, известно несколько препаратов, способных ингибировать сдвиг рамки считывания у коронавирусов; но новое исследование теперь позволяет судить о том, как эти соединения влияют на уровни SARS-CoV-2 в инфицированных клетках.
В поставленных экспериментах оба соединения подавляли репликацию вируса на два-три порядка, при этом не будучи токсичными для обрабатываемых клеток. При этом, один из них подавлял репликацию вируса, ингибируя рибосомальный сдвиг рамки считывания, а в основе действия второго может лежать иной механизм.
Хотя, в настоящее время эти соединения не обладают достаточной мощностью, чтобы применять их в терапевтических целях, данное исследование демонстрирует, что ингибирование рибосомального сдвига рамки считывания коренным образом влияет на репликацию вируса, что открывает путь к разработке более качественных соединений. В силу того, что все коронавирусы зависят от сохранения такого механизма сдвига рамки считывания, препарат, нацеленный на борьбу с этим процессом, может иметь лечебный эффект и при борьбе с другими коронавирусами, отдаленно родственными SARS-CoV-2. «Наша дальнейшая работа будет сосредоточена на понимании механизмов клеточной защиты, подавляющих процесс вирусного считывания рамки сдвига, поскольку это может быть полезно для разработки небольших соединений со схожим механизмом действия», — говорит Бан.
РНК (желтая) вируса SARS-CoV-2 образует псевдоузловую структуру (разноцветная, справа внизу), которая вызывает сдвиг при движении рамки считывания по рибосоме (коричневая). Таким образом, вирусная РНК контролирует уровни синтеза вирусных белков. Подробнее об исследовании рассказано в видео, ссылка на которое дана выше (Графика: Said Sannuga, Cellscape.co.uk / ETH Zurich, The Ban Lab)
Облачные VDS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
