Складка РНК может стать ключом к новым мишеням для противовирусной терапии ВИЧ-1
Рибонуклеиновая кислота (РНК) сворачивается в сложные структуры, что позволяет ей специфически взаимодействовать с другими молекулами в клетке. В ВИЧ-1 минимальные различия в складывании РНК могут быть решающими для определения того, будет ли вирусная РНК «упакована» и приведет ли это к репликации вируса.
Это открытие сделали исследователи из Вюрцбургского института Гельмгольца, усовершенствовав метод изучения структуры РНК с помощью новой технологии секвенирования. Их выводы могут помочь в разработке новых противовирусных препаратов и были опубликованы в журнале Nature Methods.
Вирусы иммунодефицита человека (ВИЧ) ответственны за миллионы инфекций по всему миру. Вызывая синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД), эти патогены привели почти к 40 миллионам смертей с начала пандемии ВИЧ в 1980-х годах. Эффективные препараты для инфицированных уже существуют, однако именно комбинация нескольких противовирусных средств с разными мишенями произвела революцию в терапии ВИЧ, и новые лекарства постоянно нужны для борьбы с резистентностью.
«В нашем исследовании мы представляем возможную новую мишень, чтобы оставаться на шаг впереди ВИЧ и других потенциально зоонозных ретровирусов», — говорит Редмонд Смайт, руководитель исследовательской группы в Институте Гельмгольца по исследованию инфекций на основе РНК (HIRI) в Вюрцбурге, который возглавил текущее исследование.
«Наш новый метод может различать структурные вариации между очень похожими РНК, даже созданными в результате сплайсинга», — объясняет Патрик Бон, аспирант в лаборатории Смайта и соавтор исследования.
Сплайсинг — это биологический процесс, который, в некотором смысле, дорабатывает генетический чертеж клетки, присутствующий в исходной матричной РНК, для последующей трансляции в новые белки. «У высших организмов сплайсинг генерирует разнообразие белков, но наши данные указывают, что он также может вносить вклад в биологическую функцию, создавая новые структуры РНК», — говорит Бон.
Очень похожие, но разные
Текущие результаты были получены благодаря усовершенствованию технологии измерения того, как РНК свернута в клетке. Ученые из HIRI применили секвенирование длинными ридами для изучения структуры РНК по всей длине молекулы и использовали его, чтобы показать, как вирус ВИЧ-1 отбирает свою полноразмерную РНК для упаковки в вирусные частицы.
«Мы обнаружили, что РНК ВИЧ-1 сворачивается совершенно иначе при сплайсинге — открытие, которое раскрывает важность изучения биологических процессов с учетом сложной природной среды», — говорит Анн-Софи Гриблинг-Буррер, постдокторант и соавтор исследования. В результате было показано, что сплайсированные версии РНК ВИЧ-1 не упаковываются.
«У сплайсированных РНК отсутствуют некоторые структурные особенности, необходимые для упаковки, что обеспечивает механизм избирательности упаковки и влияет на репликацию вируса», — объясняет Гриблинг-Буррер.
«Понимание этого механизма — ключевой шаг в разработке новых противовирусных препаратов против широкого спектра ретровирусов», — заявляет Редмонд Смайт.
Техническая основа
Одноцепочечная РНК может сворачиваться в сложные структуры за счет спаривания оснований. Полногеномные измерения структуры РНК можно получить с помощью реагентов, которые реагируют с несвязанными основаниями, приводя к образованию аддуктов, идентифицируемых с помощью мутационного профилирования на машинах для секвенирования нового поколения.
Один из недостатков этих экспериментов заключается в том, что короткие риды секвенирования редко можно сопоставить с конкретными изоформами транскриптов. Следовательно, информация приобретается как усредненная по популяции в регионах, общих для транскриптов, что размывает лежащий в основе структурный ландшафт.
В своем исследовании ученые из Вюрцбургского института Гельмгольца представляют метод nanopore dimethyl-sulfate mutational profiling (Nano-DMS-MaP), который предоставляет информацию о структуре, разрешенной по изоформам, для высоко схожих молекул РНК.