Вирусы — искусные захватчики. Они каннибализируют клетки-хозяева, вводя свой генетический материал, часто делая тысячи копий себя в одной клетке, чтобы обеспечить их репликацию и выживание.
Некоторые РНК-вирусы вставляют свой генетический материал в виде единого куска, в то время как другие разрезают его на мелкие части. Последние удачно называются сегментированными вирусами.
Такие сегментированные РНК-вирусы, в том числе несколько, вызывающих такие заболевания человека, как грипп, были давней загадкой для исследователей: как они выполняют точное копирование и вставку каждого сегмента? Как они обеспечивают то, что индивидуальные сегменты все скопированы одинаковым энзимом, в то время как каждый сегмент может произвести различное количество РНК? Такое тонкое управление и контроль имеет решающее значение для обеспечения правильного уровня вирусных белков, необходимых для успешной репликации.
Теперь исследования ученых из Института Блаватника Гарвардской Медицинской школы дают удивительный ответ: вирусный механизм, отвечающий за этот маневр обеспечения выживания, активируется РНК с противоположного конца сегмента, где начинается копирование.
Результаты, опубликованные в PNAS, определяют новые потенциальные цели для ингибирования репликации сегментированных вирусов. Эта группа включает в себя несколько новых и очень фатальных вирусов, таких как вирус лихорадки Ласса, буньявирусы, такие как лихорадка Ла-Кросс и Рифт-Валли, а также более известные и более распространенные вирусы гриппа.
«Изменение климата изменило и усилило распространение некоторых серьезных и новых вирусов в новые географические регионы, создав острую проблему для глобального здравоохранения. Наши результаты определяют критический механизм, который позволяет некоторым из этих патогенов размножаться и выживать», — сказал Шон П. Дж.Уилан, профессор микробиологии в HMS и директор Гарвардской программы по вирусологии.
Например, лихорадка Ласса редко приводит к летальному исходу, но если болезнь развивается, у одного из 5 заболевших она может вызвать кровотечение в нескольких органах. И во время эпидемии коэффициент смертности может достигать 50%, по данным Центров по контролю и профилактике заболеваний.
В исследовании Уилан и соавтор исследования Джесси Пайл, аспирант лаборатории Уилана, работали с вирусом Мачупо, аренавирусом, который, как и вирус Ласса, заражает грызунов, которые, в свою очередь, передают вирус людям, где он вызывает смертельные геморрагические лихорадки.
В отличие от вируса гриппа, чей геном имеет восемь сегментов, вирус Мачупо имеет только два сегмента — малый и большой сегменты — предлагая гораздо более простой способ понять, как различные сегменты копируются в правильном количестве.
Предыдущие подсказки об этом механизме были получены из исследований вирусов гриппа и Ла-Кросса, которые показали, что вирусный белок, ответственный за копирование ключевого сегмента — РНК-зависимой РНК-полимеразы (RdRP) — взаимодействует с 5′ концом сегмента, который является точным противоположным концом места, где белок инициирует копирование. Однако важность этого взаимодействия не была полностью понята.
Эксперименты показали, что смешивание коротких 13-нуклеотидных длинных РНК с 5′ конца сегментов вируса Мачупо с rdrp-катализатором, который инициирует репликацию РНК — фактически стимулировало способность этого фермента копировать вирусный сегмент. Двухсегментный вирус Мачупо содержит четыре тонко различающиеся 5′ РНК, каждая из которых связывает фермент RdRP. Примечательно, что ученые заметили, что эти РНК диктуют, какой из четырех различных стартовых участков фермент фактически использует.
Уилан и Пайл говорят, что эти результаты не только проливают свет на важный вопрос в базовой вирусологии, но они также определяют новую цель, которая поможет определить разработку нового класса противовирусных препаратов, которые нацелены на эту важную активацию 5′ РНК.
В настоящее время большинство антивирусных препаратов на рынке непосредственно нацелены на вирусные ферменты, участвующие в репликации генетического материала или в обработке вирусных белков. Однако ни один из них не препятствует конкретному механизму, описанному в настоящем исследовании.
«Наша работа демонстрирует то, что как 5′ РНК, так и ее место связи с вирусным ферментом являются потенциальными новыми мишенями для ингибирования вирусной репликации», — сказал Уилан. «Следующей важной целью будет поиск молекул, которые мешают этому процессу и создают почву для разработки новых лекарств.»
Источник: Harvard Medical School