Лазерные «пинцеты» раскрыли универсальный механизм упаковки ДНК вирусами

Исследователи использовали лазерные «оптические пинцеты», чтобы раскрыть универсальный механизм работы моторов, которые вирусы используют для упаковки своей ДНК в инфекционные частицы.

Исследование, опубликованное в eLife, описывается редакторами как фундаментальная работа, способная изменить парадигму понимания работы вирусных ДНК-моторов и точных ролей отдельных белков в моторном комплексе.

Многие вирусы, включая поражающие человека (например, герпесвирус), используют крошечные моторы, работающие на молекуле АТФ, чтобы упаковать свой генетический материал в предварительно собранные оболочки — проксипиды. Понимание работы этих моторов важно как для разработки противовирусных препаратов, так и для изучения общих механизмов работы моторов внутри клеток.

Оптические пинцеты, за разработку которых Артур Ашкин получил Нобелевскую премию по физике в 2018 году, позволили детально изучать ДНК-моторы, включая роль ключевых ферментов — терминаз. Однако природа взаимодействий мотора с ДНК (как мотор захватывает ДНК, что вызывает паузу или проскальзывание) оставалась не до конца ясной.

«Предыдущие исследования предполагали, что связывание АТФ заставляет мотор захватывать ДНК, а его распад на АДФ — отпускать её», — говорит первый автор Брэндон Роусон из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

В новой работе команда изучила моторный комплекс, содержащий как большую субъединицу TerL, так и менее изученную TerS, у бактериофага лямбда (процесс упаковки схож с герпесвирусом человека). Вирусы используют механизм упаковки генома «единичной длины»: TerS инициирует упаковку, найдя специфический сайт cos в геноме, TerL разрезает ДНК и заталкивает её в проксипид до следующего сайта cos, где процесс останавливается и ДНК снова разрезается.

Изучая работающий комплекс TerL+TerS, команда обнаружила, что в присутствии TerS захват ДНК и трение между мотором и ДНК происходят гораздо чаще, даже при отсутствии АТФ (чего не наблюдалось в экспериментах только с TerL). Добавление АТФ или АДФ усиливало захват и трение, указывая на два механизма взаимодействия: нуклеотид-зависимый и нуклеотид-независимый. Захват был сильнее всего при связывании АТФ, слабее — с АДФ, и самым слабым — без нуклеотида.

Также было подтверждено наличие у фага лямбда «концевого зажима» для ДНК (ранее обнаруженного у фага T4). Этот механизм предотвращает полное выскальзывание молекулы ДНК из проксипида при проскальзывании, удерживая её за конец даже в отсутствие АТФ.

«Наши исследования, основанные на изучении вирусов с разными механизмами упаковки, выявляют универсальные черты терминазных моторов и предполагают роль консервативной субъединицы TerS в процессе упаковки ДНК», — говорит старший автор Дуглас Смит. — «Полученные данные подтверждают универсальный механизм работы терминазного мотора, обеспечиваемый белком TerL, но также выделяют ключевое отличие — более частый захват ДНК в моторах, содержащих TerS, что позволяет предположить, что TerS функционирует как скользящий зажим».