Ученые впервые визуализировали ключевые структуры для репликации вирусов

Ученые из Института исследований Моргридж впервые получили изображения молекулярных структур, критически важных для репликации генома у крупного класса вирусов — положительных одноцепочечных РНК-вирусов. Исследование опубликовано 27 июня в журнале eLife.

Контекст и цель

• Лаборатория Пола Алаквиста изучает фундаментальные принципы репликации генома у положительных одноцепочечных РНК-вирусов. Этот класс включает многие патогены человека: вирусы Зика, Денге, SARS и Чикунгунья.
• На репликацию генома вирусы направляют около 75% своего генома, что указывает на ключевую роль этого процесса в инфекции.

Ключевая структура: репликационные компартменты

• Репликация происходит в специальных репликационных компартментах (сперулах) — вирус-индуцированных органеллах, формирующихся на мембранах клетки-хозяина.
• В модели (нодавирус) эти компартменты образуются в межмембранном пространстве митохондрий. Они представляют собой круглые везикулы диаметром около 50 нанометров, заполненные нитями вирусной РНК.

Прорыв в визуализации

• Для визуализации использовалась крио-электронная томография (крио-ET). В отличие от традиционной электронной микроскопии (которая фиксирует образец химически и может искажать его), крио-ET подразумевает мгновенную заморозку образца, что сохраняет его в почти нативном состоянии.
• Традиционная микроскопия показывала сперулы вытянутыми, похожими на мяч для регби. Крио-ET выявила, что они на самом деле идеально круглые (как надутый шарик) и заполнены плотно упакованными нитями РНК.

Главное открытие: "Корона"

• В месте соединения сперулы с цитоплазмой (устье, или "шейка") ученые обнаружили ранее неизвестную высокоорганизованную структуру, похожую на корону.
• Эта "корона" представляет собой симметричную чашевидную структуру с 12 "зубьями" по внешнему краю. Она, вероятно, удерживает всю конструкцию вместе, подобно узлу на горлышке воздушного шара.
• Предполагается, что в "короне" находятся вирусные белки, считывающие и копирующие РНК, что делает ее основным "двигателем" комплекса репликации.

Значение и перспективы

• Понимание структуры и функции "короны" открывает новые возможности для создания широкоспектральных противовирусных препаратов, нацеленных на общий для многих вирусов механизм репликации.
• Формирование репликационных компартментов, возможно, с похожими структурами, характерно не только для положительных РНК-вирусов, но и для других классов, что имеет важное эволюционное значение.

"Если мы хотим манипулировать этими комплексами и контролировать их, мы должны понять их детальное устройство. Нельзя понять, как что-то функционирует, если не знаешь, как это выглядит и как собрано", — говорит Пол Алаквист.