У людей развились динамические механизмы защиты от вирусов, стремящихся заразить наши тела, - белки, которые специализируются на выявлении, захвате и уничтожении генетического материала, который вирусы пытаются проникнуть в наши клетки.
Новое исследование, опубликованное на неделе 11 ноября в Proceedings of the National Academy of Sciences, теперь раскрывает не только то, как один из этих белков прикрепляется к чужеродным захватчикам, но также и то, как некоторые вирусы, в том числе человеческий вирус иммунодефицита - уклониться от захвата.
Выявление точного механизма, который делает этот белок эффективным антивирусным средством в некоторых случаях, является важным первым шагом на пути к более совершенным методам атаки вирусов, которым удается увернуться от него.
Белок, о котором идет речь, называемый ZAP (сокращение от противовирусного белка с цинковыми пальцами), вырабатывается клетками для ограничения репликации вируса и распространения инфекции. Когда клетки обнаруживают вирус, ген ZAP включается и производит больше белка. Затем ZAP выделяет генетический материал вируса, РНК, из нативной РНК клетки и нацеливает вирусную РНК на уничтожение.
Группа исследователей из Института наук о жизни Мичиганского университета и Университета Рокфеллера хотела определить, как ZAP распознает геном вируса и как некоторые вирусы его избегают.
Предыдущее исследование Рокфеллера показало, что ZAP захватывает только одну определенную последовательность соседних нуклеотидов (строительных блоков ДНК и РНК): цитозин, за которым следует гуанин, или динуклеотид CG. В РНК человека мало динуклеотидов CG, и РНК ВИЧ эволюционировала, чтобы имитировать эту характеристику.
«Основной мотивацией для исследования был вопрос: «Как ВИЧ избегает этого противовирусного белка?», - сказала Дженнифер Мигер, исследователь из LSI Университета Мексики и один из ведущих авторов исследования.«И поскольку мы структурные биологи, мы хотели определить, как ZAP «видит» динуклеотид CG - и как структурно он связывает РНК».
Используя часть вирусной РНК, которая была генетически изменена, чтобы включить дополнительные последовательности CG, Мигер и ее коллеги из UM определили структуру белка ZAP, связанного с РНК, выявив механизмы, которые позволяют белку быть таким избирательным.
Исследователи обнаружили, что ZAP связывается с вирусной РНК только на одном из четырех «цинковых пальцев» белка, который они считали потенциальными участками связывания. Кроме того, они продемонстрировали, что даже небольшое изменение в этом единственном сайте связывания - изменение всего одного атома - препятствует связывающей способности ZAP.
Работая в клетках, исследователи из Рокфеллера обнаружили аналогичные результаты, когда они изменили состав ZAP. Они создали мутантные версии ZAP, которые экспрессировались в клетках, инфицированных либо нормальным ВИЧ, либо версией вируса, обогащенной последовательностями CG.
Мутантные белки ZAP были менее способны распознавать CG-обогащенные области вирусной РНК в клетках. Они также демонстрировали повышенное связывание с областями РНК, которые не были богаты динуклеотидами CG, что указывает на то, что изменения ухудшают способность ZAP отличать вирусную РНК от человеческой РНК.
«Естественный отбор, по-видимому, сформировал структуру белка ZAP таким образом, чтобы оптимизировать различение чужой и собственной РНК на основе содержания динуклеотидов CG», - сказал Пол Бениас, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и глава исследовательского центра. Лаборатория ретровирусологии в Рокфеллере. «Однако успешные вирусы часто на шаг впереди в гонке молекулярных вооружений».
«Это важный первый шаг в сложной истории того, как клетка в конечном итоге разрушает РНК вируса», - сказала Джанет Смит, профессор-исследователь LSI и профессор биологической химии в Медицинской школе UM. «И теперь мы знаем, как выполняется этот шаг и почему он неэффективен против ВИЧ и других вирусов, у которых отсутствует эта последовательность CG."
Исследование было проведено через Центр исследований РНК ВИЧ при поддержке Национального института здравоохранения, Медицинского института Говарда Хьюза, Мичиганской корпорации экономического развития и Мичиганского технологического коридора. Данные рентгеновской кристаллографии были собраны в Усовершенствованном источнике фотонов Министерства энергетики США в Аргоннской национальной лаборатории.
Доклад PNAS озаглавлен «Структура противовирусного белка цинкового пальца в комплексе с РНК раскрывает механизм селективного нацеливания на вирусные последовательности, богатые CG».