Эукариотические вирусы являются облигатными внутриклеточными паразитами, находящимися в постоянной коэволюции с клетками-хозяевами. Из-за того, что они содержат мало белковых продуктов и очень маленькие геномы, они должны полагаться на механизмы клетки-хозяина для выполнения этапов своего жизненного цикла. Затем, начиная с проникновения в клетку, пост-входные события приводят к синтезу вирусных геномов и белков, а затем к сборке и высвобождению вирионов. Эти события выполняются с точностью, и вирусу необходимо захватить механизмы клетки-хозяина, но сохранить клетку достаточно здоровой, чтобы завершить свой инфекционный жизненный цикл.

<img alt=" Исследование: Деконструкция конденсации вирусов. Кредит изображения: Шон Хемпель / Shutterstock "height =" 800 "src =" https://d2jx2rerrg6sh3.cloudfront.net/image-handler/picture/2021/11/shutterstock_1619828074.jpg "title =" Исследование: Деконструкция конденсации вирусов. Изображение предоставлено: Шон Хемпель / Shutterstock "width =" 1200 "/> ] Исследование: Деконструкция конденсации вирусов Изображение предоставлено: Shawn Hempel / Shutterstock

Вирусы развили разнообразные геномные структуры, которые делают возможной репликацию генома. Во многих РНК-вирусах, таких как вирусы с отрицательной цепью (NSV), репликация достигается за счет кодируемых вирусом ферментов, упакованных в зрелую вирусную частицу. После заражения они готовы инициировать синтез вирусной РНК. И наоборот, вместо того, чтобы транскрибировать субгеномные РНК, многие вирусы с положительной РНК транслируют свои вирусные белки из посыльного генома.

Многие сложные биохимические механизмы в клетке могут образовывать динамические структуры, называемые безмембранными органеллами (MLO). Разделение жидкой и жидкой фаз (LLPS) макромолекул является основой образования многих MLO, уступая место биомолекулярным конденсатам (BMC), которые вносят вклад в различные патологические и физиологические процессы в царствах жизни.

Обзор, опубликованный в PLOS Pathogens деконструирует конденсацию вируса и обеспечивает биохимическую основу для LLPS.

Биомолекулярная конденсация и LLPS

Выше определенной пороговой концентрации и при определенных условиях растворителя гомогенная смесь полимер-растворитель может разделиться на две фазы, одна из которых обогащена полимером за счет того же полимера, который обеднен в разбавленной фазе, что вызывает образование жидких капель, сосуществующих с разбавленной средой. С точки зрения термодинамики конденсированная фаза представляет собой состояние с более низкой энтропией по сравнению с разбавленной фазой. Следовательно, разделение фаз может происходить только в том случае, если благоприятные макромолекулярные взаимодействия компенсируют связанные с ограничением энтропийные затраты.

Этот сценарий может происходить в условиях плохого растворителя, например, когда растворимость полимера недостаточна, и взаимодействия полимер-полимер энергетически более выгодны, чем взаимодействия полимер-растворитель. Более того, в условиях разделения фаз полимер имеет большее сродство к самому себе, чем к растворителю. Процесс разделения, который состоит из одного полимерного компонента и растворителя, известен как гомотипический, тогда как тот же комплекс с двумя или более компонентами известен как гетеротипический LLPS. Отличительными чертами LLPS являются образования сферических капель жидкости, размер которых увеличивается с увеличением концентрации окружающей фазы.

Вирусы с отрицательной цепью РНК

NSV классифицируются в порядке Mononegavirales, который включает некоторые важные вирусы человека и животных, такие как вирус кори (MeV), вирус бешенства (RABV) и вирус Эбола (EBOV). Большинство NSV проникают в клетки-хозяева эндоцитарным путем, высвобождая свой рибонуклеопротеидный комплекс (RNP) в цитозоль. Все NSV имеют общую структуру генов, которые кодируют от пяти до одиннадцати белков, в зависимости от вида вируса.

Вирусная РНП содержит геном вирусной РНК, инкапсидированный нуклеопротеином с вирусной РНК-зависимой РНК-полимеразой (vRdRp) и неферментативным фосфопротеином (P). Дополнительные вирусные белки также могут быть связаны с вирусными RNP для некоторых NSV, таких как VP24 филовирусов. Нуклеопротеины Mononegavirales имеют сходные структурные характеристики, такие как два глобулярных домена с РНК, связанной в центральной бороздке.

Вирус гриппа

Семейство вирусов Orthomyxoviridae включает РНК-вирусы, которые реплицируются в ядре, такие как вирус гриппа A (IAV), патоген, ответственный за заболеваемость во всем мире. После удаления оболочки IAV нуклеокапсиды транспортируются в ядро ​​клетки-хозяина, где происходит транскрипция вирусной РНК и репликация вирусного генома. Новообразованные вирусные РНП экспортируются в цитоплазму. Они накапливаются в безмембранных очагах, которые могут сливаться вместе, когда они транспортируются к плазматической мембране, где происходит сборка вируса.

Транспортировка вирусных РНП к плазматической мембране осуществляется посредством использования платформ клеточных Rab11a-содержащих эндосом через сеть микротрубочек. Недавно было описано, что безмембранные очаги демонстрируют характеристики жидких органелл из-за их динамики, формы, способности деформироваться и реактивности к физиологическим изменениям, и было показано, что они увеличивают концентрацию вирусной РНК для облегчения упаковки вирусного генома.

Ретровирусы

Ретровирусы имеют геном одноцепочечной РНК с положительным смыслом, который ретротранскрибируется в молекулу ДНК, которая затем интегрируется в геном хозяина. Интегрированный провирус действует как матрица для управляемого клеточной РНК-полимеразой II (Pol II) синтеза вирусной РНК. Сборка ретровирусов происходит внутри плазматической мембраны хозяина, где при конденсации белков, связанных с димерами геномной РНК, образуются почкующиеся частицы.

Вирусная инфекция вызывает перестройку внутриклеточных компонентов и кластеризацию вирусной РНК, вирусной ДНК и белков хозяина в крупных ядерных очагах, которые возникают из-за отсутствия хромосомной интеграции и могут представлять собой способ уклонения от врожденного иммунного ответа хозяина. Аналогичным образом, в экспериментах in vitro было показано, что нуклеокапсидный белок (NC) вируса иммунодефицита человека типа 1 (ВИЧ-1) обладает способностью управлять жидкоподобными конденсатами.

Заключение

Достижения в вирусологических технологиях дают представление о функциях генов в широком спектре вирусных семейств и способствуют пониманию биомолекулярной конденсации на основе LLPS. Кроме того, эти методы предоставляют модели для понимания биомолекулярных конденсатов в контексте клеточной репликации и транскрипции. Патологические процессы, связанные с LLPS, могут быть использованы в качестве новых терапевтических мишеней, включая новый подход к открытию антивирусных препаратов, дополняющий классический дизайн лекарств.