Уникальный белок частично ответственен за расстройство пищеварения у червей

Белок, непохожий на другие, по-видимому, частично ответственен за расстройство пищеварения у самого распространенного животного на планете.

Исследование Университета Райса вируса Орсе, уникального для нематод (червей, составляющих 80% живых существ на Земле), раскрыло молекулярную структуру белка слияния, который образует необычные волокна, прикрепляет вирус к клеткам и заражает их.

Исследователи под руководством структурного биолога Ицзи Джейн Тао и генетика Вэйвэй Чжун заявили, что этот белок является первым пентамерным волокном с потенциальным противовирусным применением. Они надеются, что это направит биоинженеров в разработке синтетических вариантов вируса, способных заражать новых червей-хозяев, включая паразитических, заражающих людей и животных.

Исследование подробно описано в журнале с открытым доступом PLOS Pathogens.

Вирус Орсе, первый известный вирус, заражающий Caenorhabditis elegans, был обнаружен во Франции в 2011 году. Он не убивает червя, но заражает его пищеварительный тракт. Три года назад исследователи из Райса выиграли гонку по детализации полной кристаллической структуры вируса — ключевого шага в понимании его механизма — и затем получили крупный грант Национальных институтов здравоохранения (NIH) для его изучения.

Белок, который они называют дельта-белком, — один из трех белков, составляющих вирус Орсе. Другие — это вирусная капсидная оболочка и РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRP), которые отвечают за защиту и репликацию вирусного генома соответственно. Выступающий дельта-белок, по-видимому, отвечает за связывание вируса с поверхностью клеток, что обеспечивает заражение.

Эта функция не уникальна, но форма белка необычна, сказала Тао. Сразу после экспрессии отдельные дельта-субъединицы собираются в волокна из пяти единиц, известные как пентамерные белки, которые значительно увеличивают досягаемость вируса за пределы капсида и позволяют ему искать рецепторные мишени на клетках.

Волокна также могут существовать как самостоятельные единицы, которые демонстрируют потенциал для нарушения инфекционного процесса. Исследователи синтезировали свободно плавающие пентамерные дельта-волокна и скормили их C. elegans, где они быстро заполнили сайты клеточных рецепторов. Когда исследователи подвергли этих червей воздействию Орсе, вирус не смог доставить свою инфекционную нагрузку.

Исследователи не обнаружили одиночных дельта-субъединиц в клетках, что позволяет предположить, что белки запрограммированы собираться только в волокна из пяти единиц. Хотя белковые волокна для вирусов не редкость, Тао сказала, что это первая молекула, которая, как было обнаружено, образует пентамерные волокна.

Ведущие авторы и аспиранты Райса Янлинь Фань и Юсун Го не только детализировали гомогенную структуру белка, но и получили изображения с помощью электронного микроскопа ультратонких шипов, которые он производит.

«Вирус кодирует только три белка, поэтому мы знали, что этот должен быть важен», — сказала Тао, чья лаборатория анализирует структуру и функцию молекул с помощью рентгеновской кристаллографии и электронной микроскопии. «Изучая цикл репликации Орсе, мы узнали, что это белок, связывающий рецептор. Вирус сначала должен распознать восприимчивого хозяина и проникнуть в клетку, и этот белок выполняет эту функцию».

Чжун сказала, что созданные в лаборатории мутанты вируса, лишенные волокна, не могли заражать червей. В другом эксперименте исследователи обнаружили, что свободно плавающие дельта-белковые волокна связываются с рецепторами на клетках червей, также защищая их. «Ин просто добавила червям дельта-белки, которые насытили и заблокировали рецепторы», — сказала она. «Затем она добавила вирус, который не смог их заразить».

Чжун отметила, что с момента открытия способности Орсе заражать C. elegans были обнаружены два родственных вируса, Сантёль и ЛеБлан, заражающие похожую нематоду, C. briggsae. Все они вызывают кишечные симптомы, не убивая червя, сказала она, но тесты показали, что Орсе не заражает C. briggsae, так же как Сантёль и ЛеБлан не заражают C. elegans.

Структурные детали необычного белка могут помочь биоинженерам синтезировать его пользовательские версии для создания новых вирусов, нацеленных на паразитических червей, сказала Чжун. «Изучая связывающий кончик волокна, возможно, мы сможем выяснить, почему дельта распознает определенные виды червей», — сказала она.

Следующим шагом будет выяснить, как вирусная нагрузка проникает в клетки, где реплицируется Орсе, — а затем как она выходит, чтобы заражать других. «Но обнаружение этого связывающего белка — хорошее начало», — сказала Тао. «Он новый и открывающий глаза».