Вирус Эбола и вирус бешенства, два из наиболее смертоносных патогенов, известных человеку, принадлежат к роду РНК-вирусов, которые разделяют общую стратегию копирования своих геномов внутри своих хозяев. Другие родственники включают вирус Марбург, корь, эпидемический паротит, респираторно-синцитиальный вирус и вирус везикулярного стоматита (VSV). Ученые изучают VSV, который вызывает острое заболевание у домашнего скота, но обычно не приводит к заболеванию людей, в качестве модели вирусов, вредных для человека.
Теперь команда из Гарвардской медицинской школы с помощью электронной криомикроскопии (визуализация замороженных образцов для уменьшения повреждений от электронного излучения) впервые выявила структуру белка VSV на атомном уровне. Он называется полимеразным протеином L, он необходим для репликации вируса в этой группе РНК-вирусов. Результаты опубликованы в Cell.
«Теперь у нас есть лучшее понимание того, как синтез РНК работает для этих вирусов», — сказал Шон Уилан, профессор микробиологии и иммунобиологии HMS и старший автор статьи. «Я думаю, что если бы вы пытались разработать специфичную для вируса мишень, чтобы заблокировать репликацию одного из этих вирусов, вам бы пригодилась структура белка полимеразы».Ученые уже знают, как эти РНК-вирусы заражают клетки. Они начинают с доставки большого белкового РНК-комплекса, который представляет собой вирусную РНК, заключенную в белковую оболочку. Белок, который копирует вирусную РНК, представляет собой белок-полимеразу L, который выполняет все ферментативные действия, необходимые для синтеза РНК, а затем добавляет к его концу структуру крышки, чтобы гарантировать, что она не будет разрушена клеткой — и чтобы гарантировать, что это может быть переводится в белок.
Хотя исследователям известны атомные структуры белка, покрывающего вирусную РНК, нет данных об атомной структуре белка L.Противовирусные препараты, нацеленные на молекулы полимеразы, частично основаны на знании их структуры. Такой подход оказался успешным в борьбе с ВИЧ, вирусами герпеса и гепатита С. Но для класса вирусов, известных как несегментированные вирусы с РНК с отрицательной цепью, обнаружение структуры полимеразного белка L было сложной задачей."L" означает большой.
По словам Уилана, большие белки часто сложно производить и очищать. Белок L также является гибким, поскольку у него много функциональных фрагментов, которые трудно выделить.
Вирусы эволюционировали, чтобы производить только небольшие количества этого белка.Пять лет назад, используя форму электронной микроскопии с низким разрешением, в которой белок визуализируется в присутствии отрицательного окрашивания, команда Уилана смогла обнаружить с низким разрешением структуру, которая выглядела как бублик с тремя глобулярными доменами.
Эти более ранние исследования были информативными, но подход не мог обеспечить атомарный уровень разрешения, в котором в конечном итоге нуждалась команда.Достижения в области электронной криомикроскопии побудили их попробовать еще раз. Команда из лаборатории Уилана, работающая с группой под руководством Стивена Харрисона, Джованни Армениза — профессора фундаментальных биомедицинских наук в HMS из Гарварда и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI), смогла собрать данные из своих вирусных образцов, которые дали им гораздо большее разрешение.
Они также смогли выровнять полученные изображения в трехмерную модель полимеразного белка L.На карту плотности, полученную в результате этих исследований, члены команды построили атомную модель полипептидной цепи белка L. VSV. Решение этой головоломки было сложной задачей, в которой также участвовала команда Николауса Григорьева из кампуса HHMI в Джанелии.Результат?
Модель атомарного уровня структуры полимеразного белка L для VSV, которая станет основой для понимания белка L других вирусов в порядке.«Белок Эбола будет выглядеть так же, белок бешенства будет выглядеть так же, другие L-белки будут выглядеть так же», — сказал Уилан. «Будут некоторые тонкие различия, отражающие точную природу аминокислот, но мы знаем, что они функционально и структурно одинаковы».Знание структуры означает, что ученые могут исследовать, как синтез РНК работает в этих вирусах.
«Он начинает предлагать способы, которыми мы, возможно, можем отделить другие белки, которые не так легко экспрессировать, например, белок L при лихорадке Эбола», — сказал Уилан. «Это не означает, что у нас немедленно появятся ингибиторы, но я думаю, что это важный шаг к этой долгосрочной цели».