Структура комплекса репликации вирусной РНК впервые показана с почти атомарной детализацией

Ученые из Института Моргриджа впервые получили изображения ключевого вирусного белкового комплекса с разрешением, близким к атомарному. Этот комплекс отвечает за репликацию РНК-генома вирусов из обширного класса positive-strand RNA viruses, куда входят коронавирусы (включая SARS-CoV-2), а также вирусы Зика, денге и чикунгунья.

Исследование, опубликованное 20 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), основано на методе криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) томографии. Оно позволило улучшить разрешение изображения ранее открытого «короновидного» комплекса репликации РНК до примерно 8.5 ангстрем — это соответствует расстоянию между несколькими атомами.

Ключевые результаты

• Структура «короны»: Комплекс имеет форму кольца или бочки и состоит из двенадцати копий ключевого вирусного белка репликации РНК. Соседние сегменты белка соединяются за счет «зиппероподобных» взаимодействий, которые работают как обручи на бочке.
• Организация белка: Белок репликации огромен (около 1000 аминокислот) и содержит несколько доменов, включая РНК-полимеразу и домен для кэпирования РНК. С помощью генной инженерии и наночастиц золота ученые определили, что C-концевой полимеразный домен расположен на вершине короны, а N-концевой домен кэпирования — у основания, где происходит взаимодействие с мембраной.
• Механизм репликации: Репликация происходит в специальных везикулах клетки — сперулах (размером 50–100 нм). «Корона» располагается на цитоплазматической стороне шейки этой везикулы. Внутри сперулы хранится архивная копия вирусного РНК-генома, которая служит матрицей. Полимераза, находящаяся на вершине короны, копирует эту матрицу, а новые геномы-потомки выходят через шейку в цитоплазму для упаковки в вирусные частицы.

Значение исследования

• Мишень для терапии: Поскольку репликация РНК-генома — это процесс, на который вирусы тратят большую часть своих генов, он является основной мишенью для противовирусных препаратов. Детальная структура комплекса открывает путь к разработке новых типов антивирусных средств.
• Технологический прорыв: Работа демонстрирует «квантовый скачок» в возможностях cryo-EM, объединив улучшения в подготовке образцов, получении и обработке изображений.
• Планы на будущее: Ученые намерены продолжить улучшать разрешение структуры и исследовать конформационные изменения белков в комплексе, что критически важно для понимания их многофункциональности и механизма работы.

Как отметил руководитель исследования Пол Ахлквист: «Стремительно растущая способность визуализировать такие ключевые структуры меняет правила игры... Эти данные должны лечь в основу новых, более мощных противовирусных механизмов».