Поксвирусы нашли уникальный способ трансляции своих генов в белки в инфицированном организме. Группа исследователей из Вюрцбурга впервые показывает, как задействованный молекулярный механизм работает на атомном уровне.
Последний случай оспы в мире произошел в Сомали в октябре 1977 года. В 1980 году Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) объявила об искоренении оспы. Согласно официальным источникам, вирус продолжает существовать сегодня только в двух лабораториях строгого режима в России и США, где он используется в исследовательских целях.
Но хотя это означает, что поксвирусы больше не представляют непосредственной угрозы для человека, это семейство вирусов по-прежнему представляет большой интерес для ученых. С одной стороны, модифицированные штаммы используются для лечения рака, а с другой стороны, они обладают очень интересными свойствами размножения.
Вирусы оспы создают собственную машину для размножения
В то время как многие вирусы в значительной степени используют биохимические ресурсы клетки-хозяина для своего размножения, поксвирусы для этой цели кодируют свой собственный молекулярный механизм в своем геноме. Важными компонентами этого механизма являются два фермента: ДНК-полимераза для размножения вирусных генов и РНК-полимераза для транскрипции вирусных генов в мРНК. РНК-полимераза штамма поксвируса осповакцины например, представляет собой большой комплекс, состоящий из 15 различных белковых субъединиц с разными биохимическими функциями.
Группа исследователей из Биоцентра Университета Юлиуса-Максимилиана Вюрцбурга (JMU) впервые смогла наблюдать полимеразу вирусов осповакцины выполняющую свою работу на атомном уровне. До этого команда уже сообщала о трехмерной структуре РНК-полимеразы при атомном разрешении. Группу, отвечающую за эту работу, возглавляет Утц Фишер, который возглавляет кафедру биохимии I университета JMU. Результаты их работы теперь представлены в публикации в журнале Nature Structure and Molecular Biology .
Трехмерные структуры в атомном масштабе
«Мы смешали изолированную РНК-полимеразу с участком ДНК, содержащим промотор, то есть стартовый сигнал для транскрипции вирусных генов. Фермент распознал именно этот элемент ДНК и начал продуцировать мРНК», – объясняет Юлия Бартули, отвечающая за биохимическая работа исследования. На следующем этапе образцы были исследованы в криоэлектронном микроскопе в сотрудничестве с Беттиной Бёттхер из отделения биохимии II. На основе собранных данных ученые смогли восстановить трехмерную структуру образца вплоть до атомного масштаба, используя современные компьютеризированные методы.
Они были в восторге от конечного результата этого длительного процесса: «Один единственный образец, который мы исследовали под микроскопом, позволил нам реконструировать в общей сложности шесть различных полимеразных комплексов, которые мы, наконец, смогли распределить по отдельным фазам процесса транскрипции», – говорит Клеменс Гримм, ответственный за структурный анализ в отделе Fischer. «Мы можем соединить отдельные изображения вместе, как в фильме, и таким образом представить раннюю фазу транскрипции с разрешением по времени». (добавить ссылку на видео).
Оспа продолжает представлять угрозу для человека
Но зачем проводить исследования поксвирусов, если вирус, который так опасен для человека, уже уничтожен? – На это есть веские причины, – отвечает профессор Фишер.
До сих пор нет надежного лекарства от оспы, ее можно предотвратить только вакцинацией. Если все еще существующие образцы вируса будут снова распространены, например, в результате террористической атаки, они поразят население, не имеющее иммунизации »
Утц Фишер, профессор и заведующий кафедрой биохимии I, Вюрцбургский университет Юлиуса-Максимилиана
Еще одна угроза, которая может быть более реальной, – это зоонозы, вызываемые специфическими для животных вирусами, попадающими в организм человека, – объясняет биохимик Утц Фишер. Например, есть спорадические случаи заражения людей оспой обезьян, в результате которой инфицированные люди могут серьезно заболеть. «Если такое зоонозное заболевание будет набирать скорость в результате дальнейшей адаптации к своему хозяину-человеку и передачи от человека к человеку, может возникнуть опасная эпидемия», – говорит он.
Использование компьютеров для разработки новых лекарств
Следовательно, ингибиторы экспрессии вирусных генов будут иметь большое значение в качестве противовирусных препаратов. Понимание атомных структур РНК-полимеразы в ее различных состояниях позволяет исследователям теперь рациональный, основанный на структуре компьютерный подход к разработке таких ингибиторов. Подобные исследования, принципиально отличающиеся по методике от классической экспериментальной процедуры, уже ведутся полным ходом.
Источник:
Ссылка на журнал:
Grimm, C., et al . (2021) Структурная основа полного процесса инициации транскрипции поксвируса. Природа Структурная и молекулярная биология . doi.org/10.1038/s41594-021-00655-w.[19459005impression[19459017impression
)