Механизм, с помощью которого коронавирус захватывает клетку

Исследователи из ETH Zurich и Бернского университета обнаружили механизм, с помощью которого коронавирус манипулирует человеческими клетками, чтобы обеспечить собственное размножение. Эти знания помогут разработать лекарства и вакцины против коронавируса.

Как пират, захватывающий корабль, вирус берет под контроль инфицированную клетку, поскольку для размножения ему необходимы ресурсы и молекулярные машины клетки. Это относится и к SARS-CoV-2, возбудителю пандемии COVID-19. Исследователи обнаружили механизм, который вирус использует для того, чтобы производство его белков преобладало над производством клеточных. Это приводит к тому, что клетки резко сокращают синтез собственных белков и производят почти исключительно вирусные. Это не только стимулирует производство новых вирусов, но и подавляет иммунный ответ на инфекцию.

После проникновения вируса в клетку одним из первых производится вирусный белок NSP1. Было известно, что NSP1 ингибирует производство клеточных белков, но механизм был неясен. Совместные группы исследователей выяснили, как это происходит.

Отправная точка для разработки вакцин и лекарств

Рибосомы — это клеточные машины, производящие белки. Они считывают матрицу — так называемую матричную РНК (mRNA) — и собирают аминокислоты в соответствующем порядке. Во время считывания mRNA проходит через канал на рибосоме. Исследователи показали, что NSP1 связывается с этим каналом и блокирует рибосому. С помощью криоэлектронной микроскопии удалось определить место связывания NSP1 в канале рибосомы с атомарным разрешением.

«Это детальное изображение дает важную информацию для потенциального дизайна лекарства, которое может предотвратить связывание NSP1, не нарушая функцию рибосомы. Если NSP1 больше не сможет взаимодействовать с рибосомой, это позволит активировать клеточные защитные системы, способные остановить вирусную репликацию», — объясняет Ненад Бан, профессор молекулярной биологии ETH Zurich.

Биохимические и клеточные эксперименты показали, что одного NSP1 достаточно для ингибирования производства белка. На основе детальной картины связывания NSP1 исследователи создали его модифицированные варианты, утратившие ингибирующий эффект. Вирусы SARS-CoV-2 с такими неактивными вариантами белка NSP1, вероятно, будут ослаблены и не смогут вызывать тяжелое заболевание. Такие аттенуированные вирусы потенциально можно использовать в качестве вакцины.

Исследователи также выяснили, почему вирусные белки производятся в больших количествах, несмотря на ингибирование рибосом NSP1. Оказалось, что вирусная РНК обладает уникальными свойствами, благодаря которым она считывается рибосомами очень эффективно по сравнению с клеточными mRNA.

«Блокируя рибосомы, NSP1 делает функциональные рибосомы дефицитными, и в то же время вирусная РНК может составлять почти половину от общей РНК в клетке. В этих условиях вирусная РНК считывается все еще функциональными рибосомами предпочтительнее, чем собственная матричная РНК клетки», — объясняет Оливер Мюлеманн, профессор биохимии Бернского университета.