Структура белка и РНК указывает на то, как вирусы захватывают человеческие белки
Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв и Мичиганского университета впервые получили изображение важного человеческого белка в момент связывания с рибонуклеиновой кислотой (РНК). Это открытие может дать ключ к пониманию того, как некоторые вирусы, включая ВИЧ, контролируют экспрессию своего генетического материала.
Эта информация может привести к новым стратегиям блокировки репликации вирусов, ограничивая или останавливая инфекцию.
РНК — один из трёх макромолекул (наряду с ДНК и белками), необходимых для всех форм жизни. Понимая, как белок hnRNP A1 связывается с РНК, учёные смогут найти способы «заклинить» компоненты репликационной машинерии, когда этот белок захватывается патогеном.
Команда учёных раскрыла механизм, с помощью которого белок hnRNP A1 связывается с участком РНК, называемым «шпилькой» (hairpin loop). Их исследование опубликовано на обложке Journal of Molecular Biology.
Они обнаружили, что hnRNP A1 — белок, необходимый для функционирования клетки и репликации вирусов, — имеет значительно иную структуру, чем его единственная ранее известная форма: связанная с ДНК.
«Мы определили трёхмерную структуру белка, связанного с РНК-шпилькой, полученной из вируса ВИЧ, — сказал Блэнтон Толберт, профессор химии. — Но поскольку шпилечные петли встречаются и в других вирусах, и в здоровых клетках, наши данные могут помочь объяснить, как белок связывается с другими мишенями-шпильками».
Толберт начал это исследование шесть лет назад, будучи разочарованным тем, что единственной доступной информацией была структура белка, связанного с синтетической ДНК, которая не является его естественной мишенью.
Белки, связывающие шпильки, «чувствуют» как структуру, так и последовательность нуклеотидов в петле. Структура комплекса с ДНК не демонстрировала молекулярного узнавания, которое должно происходить при связывании с РНК-шпильками.
Методология
Чтобы определить структуру, связанную с РНК, исследователи объединили три метода:
Рентгеновская кристаллография
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
Малоугловое рентгеновское рассеяние
Каждый метод дал часть общей картины.
Для связывания с РНК у hnRNP A1 есть два домена, RRM1 и RRM2, похожие на «руки». Учёные уже знали, что для связи с РНК нужны обе «руки».
Однако исследователи обнаружили, что вместо того, чтобы каждая «рука» хватала свой участок петли, только RRM1 контактирует с РНК. RRM2 действует как опора, помогая организовать RRM1 в структуру, необходимую для соответствия определённому участку петли.
Чтобы подтвердить важность структур для связывания, исследователи внесли мутации, изменив аминокислоты на поверхности доменов.
Неожиданно мутации на дальней стороне RRM1 — поверхности, не контактирующей с РНК, но контактирующей с RRM2 — вызвали разъединение в этом месте и существенно ослабили сродство к РНК.
Без нормальной связи между двумя доменами RRM1 не принимает геометрическую форму, соответствующую РНК-шпильке.
Исследователи продолжают изучать, как белок передаёт эффекты от RRM2 к RRM1 для связывания. Они также исследуют разработку антагонистических агентов, которые нарушали бы взаимодействие белка с вирусами.