Структурное исследование вируса гриппа
Учёные из Оксфордского университета использовали несколько методик на синхротроне Diamond Light Source, чтобы определить структуру репликационного аппарата вируса гриппа и понять, как он взаимодействует с клеточными белками. Это исследование углубляет понимание репликации вируса и его адаптации к разным хозяевам.
Грипп может стать причиной пандемии, переходя от животных к людям. Изучая цикл репликации вируса, исследователи выясняют, как грипп захватывает клетки человека и животных для собственного размножения.
Недавний обзор в Trends in Microbiology суммирует результаты, полученные с помощью рентгеновской кристаллографии и малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) на синхротроне, а также крио-электронной микроскопии (крио-ЭМ) в центре электронной био-визуализации Diamond (eBIC).
Эти структурные данные выявили новые потенциальные мишени для разработки противовирусных препаратов, ингибирующих репликацию вируса гриппа.
Вирус гриппа хранит свои гены в форме РНК и синтезирует собственную РНК-полимеразу для репликации генома. Эта вирусная полимераза выполняет множество функций, помимо репликации, что помогли выяснить совместные исследования в Diamond.
Исследования показывают, что полимераза регулирует время транскрипции — первого этапа синтеза белка — и репликации, которая может начаться только после производства вирусных белков. Результаты раскрывают, как полимераза взаимодействует с клеточным белком ANP32A и использует его, чтобы скрыть вирусную РНК от обнаружения иммунной системой.
Считается, что ныне циркулирующие вирусы гриппа A являются эволюционными потомками вируса, вызвавшего глобальную пандемию 1918–1919 годов, которая унесла от 50 до 100 миллионов жизней. Вирусы гриппа обычно ограничены инфицированием одного типа животного-хозяина (например, птиц) и требуют специфических адаптаций для перехода к другому животному, например, человеку.
Считается, что вирус гриппа 1918 года перешёл от водоплавающих птиц к людям и считается «вирусом-основателем», чьи сегменты генома присутствуют во всех последующих эпидемических и пандемических штаммах. В исследовании, опубликованном в этом году, группа определила структуры полимеразы вируса пандемического гриппа 1918 года и идентифицировала участки на её поверхности, чувствительные к ингибированию. Это, в свою очередь, помогает выявлять и подтверждать мишени для разработки лекарств.
Это исследование имеет решающее значение для понимания того, как ANP32A частично объясняет барьер межвидового перехода. Белок ANP32A сильно различается у людей и птиц, что заставляет вирусы гриппа животных и птиц эволюционировать, становясь менее похожими.
Структурные исследования в Diamond дают представление о пандемическом потенциале различных штаммов гриппа. Изучая, какие области вирусной полимеразы взаимодействуют с ANP32A, исследователи определили, что мутация в полимеразе птичьего гриппа может позволить ей взаимодействовать с человеческим ANP32A, что позволит этому штамму перейти к людям-хозяевам.
Структурная характеристика крупных белковых комплексов — сложная задача, и репликационный комплекс гриппа не был исключением. Рентгеновская кристаллография на пучковых линиях I03 и I24 использовалась для определения структуры вирусной полимеразы с почти атомарной детализацией, показав, что отдельные полимеразы объединяются в димеры. Чтобы дополнить кристаллическую структуру димеров, в растворе на пучковой линии B21 был применён метод SAXS, который продемонстрировал важность образования димеров для функции полимераз.
Исследователи предположили, что отдельные РНК-полимеразы осуществляют транскрипцию на ранней стадии инфекции и переключаются на репликацию позже, только когда соединяются в димеры после производства дополнительных копий полимеразы.
Чтобы расширить эту структурную работу, исследовательская группа провела крио-ЭМ в eBIC. Профессор Джонатан Граймс из Оксфордского университета поясняет: «Крио-ЭМ позволила нам начать изучение очень интересных белковых комплексов, кристаллы которых невозможно вырастить в лаборатории».
«Diamond демократизирует науку. То, что все эти методики существуют в одном месте и доступны научному сообществу, — чрезвычайно ценный ресурс. Эти передовые мирового класса объекты свободно доступны учёным из университетов и институтов Великобритании и ЕС с интересными и важными биологическими вопросами».
Автор обзора в Trends in Microbiology, профессор Эрвин Фодор из Оксфордского университета, резюмирует: «Эти исследования помогают нам выявлять и подтверждать мишени для разработки лекарств. Мы надеемся, что новые данные о работе транскрипционного аппарата вируса гриппа, полученные с помощью технологий в Diamond, в конечном итоге приведут к созданию новых противовирусных препаратов, нацеленных на полимеразу гриппа».