Если вы планируете саботировать фабрику, разведывательная поездка по помещению, вероятно, будет намного полезнее, чем просто подглядывание в окна. Ученые, стремящиеся понять — и, возможно, помешать — вирус гриппа, теперь перешли от аналогичного оконного представления к полной экскурсии по фабрике благодаря первой полной структуре одной из ключевых машин вируса гриппа. Структура, полученная учеными из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гренобле, Франция, позволяет исследователям наконец понять, как работает машина в целом. Эта работа, опубликованная в двух статьях в журнале Nature, может оказаться полезной при разработке новых лекарств для лечения серьезных инфекций гриппа и борьбы с пандемиями гриппа.
Рассматриваемая машина, полимераза вируса гриппа, выполняет две жизненно важные задачи для вируса. Он делает копии генетического материала вируса — вирусной РНК — для упаковки в новые вирусы, которые могут инфицировать другие клетки; и он зачитывает инструкции из этого генетического материала по созданию вирусной РНК-мессенджера, которая направляет инфицированную клетку на производство белков, в которых нуждается вирус.
Ученые, в том числе Кьюсак и его сотрудники, в прошлом смогли определить структуру нескольких частей полимеразы. Но как эти части собрались вместе, чтобы функционировать как единое целое, и как вирусную РНК, подаваемую на полимеразу, можно было лечить двумя разными способами, оставалось загадкой.«Полимераза гриппа была открыта 40 лет назад, поэтому существуют сотни статей, пытающихся понять, как она работает.
Но только теперь, когда у нас есть полная структура, мы можем действительно начать ее понимать», — говорит Стивен Кьюсак, глава EMBL. Гренобль, руководивший работой.
Используя рентгеновскую кристаллографию, выполненную в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле, Кьюсак и его коллеги смогли определить атомную структуру всей полимеразы двух штаммов гриппа: гриппа B, одного из штаммов, вызывающих сезонный грипп. у людей, но который развивается медленно и поэтому не считается угрозой пандемии; и штамм гриппа А — быстро развивающийся штамм, поражающий людей, птиц и других животных и способный вызывать пандемии, — поражающий летучих мышей.«Высокоинтенсивные рентгеновские лучи в ESRF, оснащенные ультрасовременными детекторами Dectris, имели решающее значение для получения высококачественных кристаллографических данных от слабо дифрагирующих и радиационно-чувствительных кристаллов большого полимеразного комплекса», — говорит Кьюсак. . «Без них мы не смогли бы получить данные в таком хорошем разрешении».Структуры показывают, как полимераза специфически распознает вирусную РНК и связывается с ней, а не только с любой доступной РНК, и как это связывание активирует машину.
Они также показывают, что трехкомпонентные белки, составляющие полимеразу, очень взаимосвязаны, что объясняет, почему было очень сложно собрать вместе, как работает этот механизм, на основе структур отдельных частей.Хотя структуры полимераз обоих вирусов были очень похожи, ученые обнаружили одно ключевое различие, которое показало, что одна часть машины может в значительной степени поворачиваться. Эта способность поворачиваться объясняет, как именно полимераза использует РНК клетки-хозяина, чтобы запустить производство вирусных белков.
Поворотный компонент берет необходимый фрагмент РНК клетки-хозяина и направляет его в прорезь, ведущую к сердцу машины, где он запускает производство вирусной РНК-мессенджера.Теперь, когда они точно знают, где находится каждый атом в этой ключевой вирусной машине, исследователи, стремящиеся разработать лекарства, чтобы остановить грипп на его следах, имеют в своем распоряжении гораздо более широкий спектр потенциальных целей — например, потенциальных саботажников, которые получают доступ ко всему. завод-производитель вместо того, чтобы украдкой заглядывать в окна. И поскольку это такой фундаментальный элемент вирусного механизма, версии разных штаммов гриппа не только очень похожи друг на друга, но и имеют много общего со своими аналогами из родственных вирусов, таких как ласса, ханта, бешенство или эбола. .Ученые EMBL стремятся исследовать новые идеи, которые эта структура обеспечивает для разработки лекарств, а также продолжают попытки определить структуру человеческой версии гриппа A, потому что, хотя версия летучей мыши достаточно близка, что уже дает замечательные идеи, в конечном итоге доработка лекарств для лечения людей будет полезна / требует знания версии вируса, поражающего людей. И поскольку эта вирусная машина должна быть гибкой и менять форму для выполнения различных задач, Кьюсак и его коллеги также хотят получить дополнительные снимки полимеразы в разных состояниях.
«Это не означает, что теперь у нас есть ответы на все вопросы, — говорит Кьюсак. — На самом деле, у нас столько же новых вопросов, сколько и ответов, но, по крайней мере, теперь у нас есть прочная основа для дальнейшего исследования».