Учёные впервые увидели процесс транскрипции у двуцепочечного РНК-вируса
Исследователи из Калифорнийского наносистемного института при UCLA впервые определили трёхмерную атомную структуру двуцепочечного РНК-вируса (dsRNA). Работы, опубликованные в журналах eLife и Nature, показывают, как вирусы чувствуют условия внутри клетки-хозяина, чтобы запустить транскрипцию, и раскрывают организацию dsRNA-генома и механизм самокопирования РНК.
Учёные обнаружили биологический нано-переключатель, который включает транскрипцию — процесс самокопирования РНК. Сравнив его структуру в состояниях «выключено» и «включено», они выяснили, почему его активируют определённые условия среды.
Оказалось, что dsRNA-вирус использует белки на своей поверхности для «зондирования» среды. При оптимальных условиях эти белки через путь передачи сигнала включают переключатель внутри вируса, что и активирует транскрипцию РНК.
Исследования возглавил Хун Чжоу, профессор микробиологии, иммунологии и молекулярной генетики. В качестве модели использовали цитоплазматический полиэдрозный вирус (CPV), поражающий насекомых, — самый простой dsRNA-вирус.
«Поскольку РНК появилась раньше ДНК, такие исследования могут пролить свет на фундаментальные вопросы о самых ранних этапах эволюции, например, как и когда РНК впервые начала реплицироваться», — отметил Хун Чжоу.
Двуцепочечные РНК-вирусы — самое большое семейство вирусов. К нему относится, например, ротавирус, вызывающий диарею и ежегодно уносящий жизни около полумиллиона человек, в основном детей в развивающихся странах.
Новые данные о процессе репликации dsRNA и условиях его протекания дают учёным мишени для разработки лекарств против таких вирусов.
Активация транскрипции
Исследование в eLife показало, что небольшая молекула S-аденозил-L-метионин (SAM) может активировать транскрипцию, связываясь с турельным белком на оболочке вируса.
Впервые обнаружено, что когда SAM связывается с одним участком турельного белка, это меняет структуру вирусной оболочки. Это позволяет другому участку того же белка связать молекулу АТФ и расщепить её. Энергия, высвобождаемая при расщеплении АТФ, вызывает дальнейшие изменения оболочки, которые и активируют транскрипцию РНК.
Организация генома dsRNA
В исследовании, опубликованном в Nature, учёные визуализировали организацию dsRNA-генома и белков внутри вируса, а затем зафиксировали процесс транскрипции, сравнив структуры до и после её начала.
«Вирусы "умны" — они, кажется, знают, как избежать репликации, когда это непродуктивно, поскольку не активируются, пока все ключевые условия не будут присутствовать снаружи вирусной оболочки», — пояснил ведущий автор работы Син Чжан.
Когда транскрипция начинается, сегменты новой РНК высвобождаются во внутреннюю среду клетки, где они упаковываются в белковые оболочки, образуя новые вирусные частицы. Эти новые вирусы покидают клетку, заражают другие и запускают процесс заново.
Методология: Оба исследования выполнены с помощью криоэлектронного микроскопа Titan Krios в UCLA, который позволяет сохранять биологические образцы в нативном состоянии и строить трёхмерные изображения с атомарным разрешением.