Детальный план репликационной машины вирусного генома

РНК-вирусы, такие как коронавирус SARS-CoV-2, после заражения клетки вступают в гонку на выживание. У них есть лишь минуты, чтобы создать свой репликационный комплекс внутри клетки-хозяина, прежде чем их хрупкая РНК будет уничтожена клеточными системами защиты.

В исследовании, опубликованном 24 января в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), учёные из Morgridge Institute for Research визуализировали ключевые ранние стадии вирусной инфекции. Они разработали методы выделения вирусных РНК-репликационных комплексов из клеток и их детального изучения с помощью крио-электронной микроскопии (cryo-EM).

Исследовательскую группу возглавляет Пол Ахлквист. В 2017 году его лаборатория впервые с помощью модельного вируса получила изображение РНК-репликационного комплекса. Они обнаружили, что родительская вирусная РНК плотно упакована внутри защитной мембранной везикулы. В месте её соединения с цитоплазмой находится репликационная машина — динамический комплекс копирования генома, названный «короной» (crown). Он имеет 12-кратную симметрию.

В новой работе в PNAS команда представила структуру этой молекулярной короны с атомным и почти атомным разрешением.

Ключевые открытия:

• Структура короны: Корону формируют два слоя (верхнее и нижнее кольцо), каждый из которых состоит из 12 субъединиц огромного вирусного репликационного белка.
• Динамическая машина: Белки в верхнем и нижнем кольцах находятся в драматически разных конформациях, с перемещёнными доменами. Это указывает, что корона — не статичная структура, а активная машина, которая циклически меняет форму для выполнения последовательных этапов репликации.
• Предшественник сборки: Нижнее 12-мерное кольцо является предшественником сборки («прото-короной»), который формируется до начала репликации РНК. Оно затем рекрутирует вирусную геномную РНК-матрицу и другие компоненты для инициации синтеза.
• Многофункциональность: Появляющиеся данные свидетельствуют, что корона не только синтезирует новые копии вирусного генома, но и помогает передавать их в процессы экспрессии генов и сборки новых вирусных частиц.

Значение и перспективы:

Как отмечает Пол Ахлквист, «просто замедлить сборку и работу РНК-репликационных комплексов достаточно, чтобы убить эти вирусы. Эти новые результаты дают прочную основу для поиска новых способов сделать это».

Принципы, выявленные в этом исследовании, являются эволюционно древними. Похожие коронообразные комплексы, вероятно, лежат в основе репликации большинства РНК-вирусов этого большого класса, включая SARS-CoV-2. Соответственно, понимание этих консервативных механизмов может стать основой для разработки широкоспектральных противовирусных стратегий, нацеленных на целые группы вирусов.