Вирусы перепрограммируют клеточную машинерию хозяина для максимизации производства вирусов

Исследовательская группа по молекулярной вирусологии Университета Помпеу Фабра (UPF) совместно с группой эпитранскриптомики и динамики РНК Центра геномной регуляции (CRG) обнаружила новый механизм, с помощью которого вирусы модифицируют клеточную машинерию. Это позволяет лучше считывать инструкции в геноме вторгшегося вируса и, как следствие, производить большое количество вирусного потомства. Исследование, возглавляемое Хуаной Диес, опубликовано в Nature Communications.

Гены содержат информацию, необходимую для образования белков. Считывание этой информации происходит в два основных этапа:

1. Транскрипция: информация гена (ДНК) переносится на молекулу матричной РНК (мРНК). мРНК состоит из «текста», сформированного триплетами нуклеотидов (кодонами, например, GCT, CAT).
2. Трансляция: молекула транспортной РНК (тРНК) распознаёт каждый триплет и, действуя как переводчик, доставляет соответствующую аминокислоту для построения белка.

Существует 61 кодон для 20 аминокислот, поэтому многие триплеты кодируют одну и ту же аминокислоту. Каждый организм предпочтительно использует один из этих триплетов (оптимальный), потому что концентрация тРНК, распознающей этот триплет, у него выше. Таким образом, когда «текст» мРНК обогащён оптимальными триплетами, белки образуются быстро и эффективно, а при обогащении неоптимальными триплетами эффективность экспрессии падает из-за дефицита соответствующих тРНК.

Вирусы, чтобы размножаться и экспрессировать свои белки, захватывают клеточную машинерию хозяина. Однако мРНК многих вирусов, включая SARS-CoV-2, а также передаваемых комарами вирусов денге, Зика и чикунгунья, обогащены неоптимальными триплетами, и при этом вирусные белки вырабатываются с высокой эффективностью. Для решения этой дилеммы в качестве модели использовали вирус чикунгуньи, поскольку его геном реплицируется в чрезвычайно больших количествах.

Результаты исследования показывают впервые, что вирусы модифицируют тРНК хозяина, чтобы адаптировать трансляционную машинерию хозяина к тексту вирусной мРНК. Вирусная инфекция индуцирует смену языка в клетке, благодаря чему вирусные белки экспрессируются очень эффективно. Поскольку вирусные белки необходимы для производства вирусов, в конечном итоге это изменение приводит к генерации большого количества вирусов в инфицированной клетке.

Хотя исследование было сосредоточено на вирусе чикунгуньи, предложено, что модификация тРНК, индуцированная вирусной инфекцией, является общим механизмом для многих вирусов.

Кроме того, полученные результаты дают основание рассматривать регуляцию тРНК как новую и многообещающую терапевтическую мишень для разработки широкоспектральных противовирусных препаратов, эффективных против множества вирусов.

В исследовании также участвовала группа под руководством Евы Марии Новоа в CRG, а среди других авторов — Джемма Перес-Виларо и Андрес Мериц (Институт технологий, Тартуский университет).